SiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर क्या है?

चित्र 1.SiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर

1. एपिटैक्सियल परत और उसके उपकरण

वेफर निर्माण प्रक्रिया के दौरान, हमें उपकरणों के निर्माण को सुविधाजनक बनाने के लिए कुछ वेफर सब्सट्रेट्स पर एक एपिटैक्सियल परत बनाने की आवश्यकता है। एपिटैक्सी एक एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट पर एक नया एकल क्रिस्टल उगाने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसे काटने, पीसने और पॉलिश करके सावधानीपूर्वक संसाधित किया गया है। नया एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट के समान सामग्री, या एक अलग सामग्री (होमोएपिटैक्सियल या हेटेरोएपिटैक्सियल) हो सकता है। चूंकि नई एकल क्रिस्टल परत सब्सट्रेट क्रिस्टल चरण के साथ बढ़ती है, इसे एपिटैक्सियल परत कहा जाता है, और डिवाइस का निर्माण एपिटैक्सियल परत पर किया जाता है। 

उदाहरण के लिए, एGaAs एपिटैक्सियलएलईडी प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों के लिए सिलिकॉन सब्सट्रेट पर परत तैयार की जाती है; एSiC एपिटैक्सियलबिजली अनुप्रयोगों में एसबीडी, एमओएसएफईटी और अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए एक प्रवाहकीय SiC सब्सट्रेट पर परत उगाई जाती है; संचार जैसे रेडियो फ़्रीक्वेंसी अनुप्रयोगों में HEMT जैसे उपकरणों के निर्माण के लिए एक अर्ध-इन्सुलेटिंग SiC सब्सट्रेट पर एक GaN एपिटैक्सियल परत का निर्माण किया जाता है। SiC एपिटैक्सियल सामग्री की मोटाई और पृष्ठभूमि वाहक एकाग्रता जैसे पैरामीटर सीधे SiC उपकरणों के विभिन्न विद्युत गुणों को निर्धारित करते हैं। इस प्रक्रिया में, हम रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) उपकरण के बिना नहीं कर सकते।

चित्रा 2. एपिटैक्सियल फिल्म विकास मोड

2. सीवीडी उपकरण में SiC लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर का महत्व

सीवीडी उपकरण में, हम सब्सट्रेट को सीधे धातु पर या केवल एपिटैक्सियल जमाव के लिए आधार पर नहीं रख सकते हैं, क्योंकि इसमें गैस प्रवाह दिशा (क्षैतिज, ऊर्ध्वाधर), तापमान, दबाव, निर्धारण और संदूषक जैसे कई कारक शामिल होते हैं। इसलिए, हमें एक संग्राहक का उपयोग करने की आवश्यकता है(वेफर वाहक) सब्सट्रेट को एक ट्रे पर रखें और उस पर एपिटैक्सियल जमाव करने के लिए सीवीडी तकनीक का उपयोग करें। यह ससेप्टर SiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर (जिसे ट्रे भी कहा जाता है) है।

2.1 एमओसीवीडी उपकरण में सीआईसी लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर का अनुप्रयोग

SiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर इसमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाता हैधातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD) उपकरणएकल क्रिस्टल सब्सट्रेट्स को समर्थन और गर्म करने के लिए। इस रिसेप्टर की थर्मल स्थिरता और थर्मल एकरूपता एपिटैक्सियल सामग्रियों की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण है, इसलिए इसे एमओसीवीडी उपकरण में एक अनिवार्य मुख्य घटक माना जाता है। मेटल ऑर्गेनिक केमिकल वाष्प जमाव (एमओसीवीडी) तकनीक का वर्तमान में नीली एलईडी में GaN पतली फिल्मों के एपिटैक्सियल विकास में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि इसमें सरल संचालन, नियंत्रणीय विकास दर और उच्च शुद्धता के फायदे हैं।

एमओसीवीडी उपकरण में मुख्य घटकों में से एक के रूप में, वेटेक सेमीकंडक्टर ग्रेफाइट ससेप्टर एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट्स को समर्थन और गर्म करने के लिए जिम्मेदार है, जो सीधे पतली फिल्म सामग्री की एकरूपता और शुद्धता को प्रभावित करता है, और इस प्रकार एपिटैक्सियल वेफर्स की तैयारी की गुणवत्ता से संबंधित है। जैसे-जैसे उपयोग की संख्या बढ़ती है और काम का माहौल बदलता है, ग्रेफाइट ससेप्टर के खराब होने का खतरा होता है और इसलिए इसे उपभोज्य के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

2.2. एसआईसी लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर के लक्षण

एमओसीवीडी उपकरण की जरूरतों को पूरा करने के लिए, ग्रेफाइट ससेप्टर के लिए आवश्यक कोटिंग में निम्नलिखित मानकों को पूरा करने के लिए विशिष्ट विशेषताएं होनी चाहिए:

✔ अच्छा कवरेज: संक्षारक गैस वातावरण में क्षति को रोकने के लिए SiC कोटिंग को पूरी तरह से संसेप्टर को कवर करना चाहिए और इसमें उच्च स्तर का घनत्व होना चाहिए।

✔ उच्च संबंध शक्ति: कोटिंग को ससेप्टर से मजबूती से जोड़ा जाना चाहिए और कई उच्च तापमान और निम्न तापमान चक्रों के बाद गिरना आसान नहीं होना चाहिए।

✔ अच्छा रासायनिक स्थिरता: उच्च तापमान और संक्षारक वातावरण में विफलता से बचने के लिए कोटिंग में अच्छी रासायनिक स्थिरता होनी चाहिए।

2.3 ग्रेफाइट और सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री के मिलान में कठिनाइयाँ और चुनौतियाँ

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापीय चालकता, थर्मल शॉक प्रतिरोध और अच्छी रासायनिक स्थिरता जैसे अपने फायदों के कारण GaN एपीटैक्सियल वायुमंडल में अच्छा प्रदर्शन करता है। इसका थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइट के समान है, जो इसे ग्रेफाइट ससेप्टर कोटिंग्स के लिए पसंदीदा सामग्री बनाता है।

हालाँकि, आख़िरकार,ग्रेफाइटऔरसिलिकन कार्बाइडदो अलग-अलग सामग्रियां हैं, और अभी भी ऐसी स्थितियां होंगी जहां कोटिंग का सेवा जीवन कम होता है, गिरना आसान होता है, और विभिन्न थर्मल विस्तार गुणांक के कारण लागत बढ़ जाती है। 

3. SiC कोटिंग तकनीक

3.1. SiC के सामान्य प्रकार

वर्तमान में, सामान्य प्रकार के SiC में 3C, 4H और 6H शामिल हैं, और विभिन्न प्रकार के SiC विभिन्न उद्देश्यों के लिए उपयुक्त हैं। उदाहरण के लिए, 4H-SiC उच्च-शक्ति उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त है, 6H-SiC अपेक्षाकृत स्थिर है और इसका उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए किया जा सकता है, और 3C-SiC का उपयोग GaN एपिटैक्सियल परतों को तैयार करने और SiC-GaN RF उपकरणों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। इसकी संरचना GaN के समान है। 3C-SiC को आमतौर पर β-SiC भी कहा जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से पतली फिल्मों और कोटिंग सामग्री के लिए किया जाता है। इसलिए, β-SiC वर्तमान में कोटिंग्स के लिए मुख्य सामग्रियों में से एक है।

3.2 .सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगतैयारी विधि

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्स की तैयारी के लिए कई विकल्प हैं, जिनमें जेल-सोल विधि, छिड़काव विधि, आयन बीम छिड़काव विधि, रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया विधि (सीवीआर) और रासायनिक वाष्प जमाव विधि (सीवीडी) शामिल हैं। उनमें से, रासायनिक वाष्प जमाव विधि (सीवीडी) वर्तमान में SiC कोटिंग्स तैयार करने की मुख्य तकनीक है। यह विधि गैस चरण प्रतिक्रिया के माध्यम से सब्सट्रेट की सतह पर SiC कोटिंग जमा करती है, जिसमें कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच घनिष्ठ संबंध के फायदे होते हैं, जिससे सब्सट्रेट सामग्री के ऑक्सीकरण प्रतिरोध और पृथक्करण प्रतिरोध में सुधार होता है।

उच्च तापमान वाली सिंटरिंग विधि, ग्रेफाइट सब्सट्रेट को एम्बेडिंग पाउडर में रखकर और इसे निष्क्रिय वातावरण के तहत उच्च तापमान पर सिंटरिंग करके, अंततः सब्सट्रेट की सतह पर एक SiC कोटिंग बनाती है, जिसे एम्बेडिंग विधि कहा जाता है। यद्यपि यह विधि सरल है और कोटिंग सब्सट्रेट से कसकर बंधी होती है, मोटाई की दिशा में कोटिंग की एकरूपता खराब होती है, और छेद दिखने का खतरा होता है, जिससे ऑक्सीकरण प्रतिरोध कम हो जाता है।

✔ छिड़काव विधिइसमें ग्रेफाइट सब्सट्रेट की सतह पर तरल कच्चे माल का छिड़काव करना और फिर एक कोटिंग बनाने के लिए कच्चे माल को एक विशिष्ट तापमान पर जमना शामिल है। यद्यपि यह विधि कम लागत वाली है, लेकिन कोटिंग कमजोर रूप से सब्सट्रेट से बंधी होती है, और कोटिंग में खराब एकरूपता, पतली मोटाई और खराब ऑक्सीकरण प्रतिरोध होता है, और आमतौर पर अतिरिक्त उपचार की आवश्यकता होती है।

✔ आयन बीम छिड़काव तकनीकग्रेफाइट सब्सट्रेट की सतह पर पिघले या आंशिक रूप से पिघले हुए पदार्थ को स्प्रे करने के लिए आयन बीम गन का उपयोग किया जाता है, जो फिर जम जाता है और एक कोटिंग बनाने के लिए बंध जाता है। हालांकि ऑपरेशन सरल है और अपेक्षाकृत घने सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग का उत्पादन कर सकता है, कोटिंग को तोड़ना आसान है और इसमें ऑक्सीकरण प्रतिरोध कम है। इसका उपयोग आमतौर पर उच्च गुणवत्ता वाले SiC मिश्रित कोटिंग्स तैयार करने के लिए किया जाता है।

✔ सोल-जेल विधि, इस विधि में एक समान और पारदर्शी सॉल घोल तैयार करना, इसे सब्सट्रेट की सतह पर लगाना और फिर एक कोटिंग बनाने के लिए सुखाना और सिंटरिंग करना शामिल है। यद्यपि ऑपरेशन सरल है और लागत कम है, तैयार कोटिंग में कम थर्मल शॉक प्रतिरोध होता है और टूटने का खतरा होता है, इसलिए इसकी अनुप्रयोग सीमा सीमित होती है।

✔ रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया प्रौद्योगिकी (सीवीआर): सीवीआर SiO वाष्प उत्पन्न करने के लिए Si और SiO2 पाउडर का उपयोग करता है, और कार्बन सामग्री सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा एक SiC कोटिंग बनाता है। यद्यपि एक कसकर बंधी हुई कोटिंग तैयार की जा सकती है, इसके लिए उच्च प्रतिक्रिया तापमान की आवश्यकता होती है और लागत अधिक होती है।

✔ रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी): सीवीडी वर्तमान में SiC कोटिंग्स तैयार करने के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है, और SiC कोटिंग्स सब्सट्रेट की सतह पर गैस चरण प्रतिक्रियाओं द्वारा बनाई जाती हैं। इस विधि द्वारा तैयार की गई कोटिंग सब्सट्रेट से बारीकी से जुड़ी होती है, जो सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण प्रतिरोध और अपक्षय प्रतिरोध में सुधार करती है, लेकिन लंबे समय तक जमाव समय की आवश्यकता होती है, और प्रतिक्रिया गैस विषाक्त हो सकती है।

चित्र 3.रासायनिक वाष्प जमाव आरेख

4. बाजार प्रतिस्पर्धा औरवेटेक सेमीकंडक्टरतकनीकी नवाचार

SiC लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट बाजार में, विदेशी निर्माताओं ने स्पष्ट अग्रणी लाभ और उच्च बाजार हिस्सेदारी के साथ पहले शुरुआत की। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, नीदरलैंड में ज़ायकार्ड, जर्मनी में एसजीएल, जापान में टोयो टैनसो और संयुक्त राज्य अमेरिका में एमईएमसी मुख्यधारा के आपूर्तिकर्ता हैं, और वे मूल रूप से अंतरराष्ट्रीय बाजार पर एकाधिकार रखते हैं। हालाँकि, चीन ने अब ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स की सतह पर समान रूप से बढ़ते SiC कोटिंग्स की मुख्य तकनीक को तोड़ दिया है, और इसकी गुणवत्ता घरेलू और विदेशी ग्राहकों द्वारा सत्यापित की गई है। साथ ही, इसकी कीमत में कुछ प्रतिस्पर्धी फायदे भी हैं, जो SiC लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स के उपयोग के लिए एमओसीवीडी उपकरण की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। 

वेटेक सेमीकंडक्टर के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास में लगा हुआ हैSiC कोटिंग्स20 से अधिक वर्षों से. इसलिए, हमने एसजीएल जैसी ही बफर लेयर तकनीक लॉन्च की है। विशेष प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के माध्यम से, सेवा जीवन को दो गुना से अधिक बढ़ाने के लिए ग्रेफाइट और सिलिकॉन कार्बाइड के बीच एक बफर परत जोड़ी जा सकती है।