لماذا يفشل جهاز قبول الجرافيت المطلي بـ SiC؟ - فيتيك لأشباه الموصلات

تحليل عوامل الفشل لمستقبلات الجرافيت المطلية بـ SiC

عادة، غالبًا ما تتعرض المستقبلات الفوقية المطلية بالجرافيت SiC إلى عوامل خارجيةالتأثير أثناء الاستخدام، والذي قد يأتي من عملية المناولة، أو التحميل والتفريغ، أو الاصطدام البشري العرضي. لكن عامل التأثير الرئيسي لا يزال يأتي من اصطدام الرقائق. كل من ركائز الياقوت و SiC صعبة للغاية. مشكلة التأثير شائعة بشكل خاص في معدات MOCVD عالية السرعة، ويمكن أن تصل سرعة القرص الفوقي الخاص بها إلى 1000 دورة في الدقيقة. أثناء بدء تشغيل الجهاز وإيقاف تشغيله وتشغيله، وبسبب تأثير القصور الذاتي، غالبًا ما يتم إلقاء الركيزة الصلبة وتضرب الجدار الجانبي أو حافة حفرة القرص الفوقي، مما يتسبب في تلف طلاء SiC. خاصة بالنسبة للجيل الجديد من معدات MOCVD الكبيرة، فإن القطر الخارجي للقرص الفوقي أكبر من 700 مم، وقوة الطرد المركزي القوية تجعل قوة تأثير الركيزة أكبر والقوة التدميرية أقوى.

ينتج NH3 كمية كبيرة من H الذري بعد الانحلال الحراري بدرجة حرارة عالية، والذري H له تفاعل قوي مع الكربون في مرحلة الجرافيت. عندما تتلامس مع ركيزة الجرافيت المكشوفة عند الشق، فإنها ستحفر الجرافيت بقوة، وتتفاعل لتوليد الهيدروكربونات الغازية (NH3+C→HCN+H2)، وتشكل آبارًا في ركيزة الجرافيت، مما يؤدي إلى بنية بئر نموذجية بما في ذلك تجويف مجوف. منطقة ومنطقة الجرافيت المسامية. في كل عملية الفوقي، ستطلق الآبار بشكل مستمر كمية كبيرة من الغاز الهيدروكربوني من الشقوق، وتختلط في جو العملية، وتؤثر على جودة الرقائق الفوقية التي تنمو بواسطة كل الفوقي، وأخيرًا تتسبب في التخلص من قرص الجرافيت مبكرًا.

بشكل عام، الغاز المستخدم في صينية الخبز هو كمية صغيرة من H2 بالإضافة إلى N2. يستخدم H2 للتفاعل مع الرواسب الموجودة على سطح القرص مثل AlN وAlGaN، ويستخدم N2 لتطهير منتجات التفاعل. ومع ذلك، من الصعب إزالة الرواسب مثل مكونات Al العالية حتى عند درجة حرارة H2/1300 درجة مئوية. بالنسبة لمنتجات LED العادية، يمكن استخدام كمية صغيرة من H2 لتنظيف صينية الخبز؛ ومع ذلك، بالنسبة للمنتجات ذات المتطلبات الأعلى مثل أجهزة طاقة GaN وشرائح الترددات اللاسلكية، غالبًا ما يتم استخدام غاز Cl2 لتنظيف صينية الخبز، ولكن التكلفة تكمن في تقليل عمر الدرج بشكل كبير مقارنة بتلك المستخدمة في مصابيح LED. نظرًا لأن Cl2 يمكن أن يؤدي إلى تآكل طلاء SiC عند درجة حرارة عالية (Cl2 + SiC → SiCl4 + C)، ويشكل العديد من فتحات التآكل والكربون الحر المتبقي على السطح، فإن Cl2 يؤدي أولاً إلى تآكل حدود الحبوب لطلاء SiC، ثم يؤدي إلى تآكل الحبوب، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة الطلاء حتى التشقق والفشل.

SiC الغاز الفوقي وفشل طلاء SiC

يتضمن الغاز الفوقي SiC بشكل أساسي H2 (كغاز حامل)، SiH4 أو SiCl4 (يوفر مصدر Si)، C3H8 أو CCl4 (يوفر مصدر C)، N2 (يوفر مصدر N، لتنشيط المنشطات)، TMA (ثلاثي ميثيل الألومنيوم، يوفر مصدر Al، لتنشيط المنشطات) )، حمض الهيدروكلوريك + H2 (النقش في الموقع). التفاعل الكيميائي الأساسي الفوقي لـ SiC: SiH4+C3H8 →SiC+منتج ثانوي (حوالي 1650 درجة مئوية). يجب تنظيف ركائز SiC بشكل رطب قبل نضوج SiC. يمكن أن يؤدي التنظيف الرطب إلى تحسين سطح الركيزة بعد المعالجة الميكانيكية وإزالة الشوائب الزائدة من خلال الأكسدة والاختزال المتعدد. بعد ذلك، يمكن أن يؤدي استخدام حمض الهيدروكلوريك + H2 إلى تعزيز تأثير الحفر في الموقع، ويمنع بشكل فعال تكوين مجموعات Si، ويحسن كفاءة استخدام مصدر Si، ويحفر السطح البلوري الفردي بشكل أسرع وأفضل، ويشكل خطوة نمو سطحية واضحة، ويسرع النمو. معدل، والحد بشكل فعال من عيوب الطبقة الفوقي SiC. ومع ذلك، بينما يقوم حمض الهيدروكلوريك + H2 بحفر ركيزة SiC في الموقع، فإنه سيتسبب أيضًا في حدوث كمية صغيرة من التآكل لطلاء SiC على الأجزاء (SiC+H2 → SiH4+C). وبما أن رواسب SiC تستمر في الزيادة مع الفرن الفوقي، فإن هذا التآكل له تأثير ضئيل.

SiC هي مادة متعددة البلورات نموذجية. الهياكل البلورية الأكثر شيوعًا هي 3C-SiC و4H-SiC و6H-SiC، ومن بينها 4H-SiC هي المادة البلورية المستخدمة في الأجهزة الرئيسية. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على الشكل البلوري هي درجة حرارة التفاعل. إذا كانت درجة الحرارة أقل من درجة حرارة معينة، سيتم إنشاء أشكال بلورية أخرى بسهولة. درجة حرارة التفاعل لـ 4H-SiC المستخدمة على نطاق واسع في الصناعة هي 1550 ~ 1650 درجة مئوية. إذا كانت درجة الحرارة أقل من 1550 درجة مئوية، سيتم بسهولة إنشاء أشكال بلورية أخرى مثل 3C-SiC. ومع ذلك، 3C-SiC هو شكل بلوري شائع الاستخدام في طلاءات SiC. وصلت درجة حرارة التفاعل البالغة حوالي 1600 درجة مئوية إلى حد 3C-SiC. لذلك، فإن عمر طلاءات SiC يقتصر بشكل أساسي على درجة حرارة تفاعل تنضيد SiC.

نظرًا لأن معدل نمو رواسب SiC على طلاءات SiC سريع جدًا، فإن المعدات الفوقية للجدار الساخن الأفقي من SiC تحتاج إلى إيقاف التشغيل ويجب إخراج أجزاء طلاء SiC الموجودة بالداخل بعد الإنتاج المستمر لفترة من الوقت. تتم إزالة الرواسب الزائدة مثل SiC على أجزاء طلاء SiC عن طريق الاحتكاك الميكانيكي ← إزالة الغبار ← التنظيف بالموجات فوق الصوتية ← التنقية بدرجة حرارة عالية. تحتوي هذه الطريقة على العديد من العمليات الميكانيكية ومن السهل أن تسبب ضررًا ميكانيكيًا للطلاء.

ونظرا للمشاكل الكثيرة التي تواجههاطلاء سيكفي المعدات الفوقي SiC، جنبًا إلى جنب مع الأداء الممتاز لطلاء TaC في معدات نمو بلورات SiC، ليحل محل طلاء SiC فيكربيد الفوقيدخلت المعدات ذات طلاء TaC تدريجيًا في رؤية الشركات المصنعة للمعدات ومستخدمي المعدات. من ناحية، فإن TaC لديه نقطة انصهار تصل إلى 3880 درجة مئوية، وهو مقاوم للتآكل الكيميائي مثل بخار NH3، H2، Si، وHCl عند درجات الحرارة العالية، ولديه مقاومة قوية للغاية لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل. من ناحية أخرى، فإن معدل نمو SiC على طلاء TaC أبطأ بكثير من معدل نمو SiC على طلاء SiC، والذي يمكن أن يخفف من مشاكل سقوط كمية كبيرة من الجسيمات ودورة صيانة المعدات القصيرة، والرواسب الزائدة مثل SiC لا يمكن تشكيل واجهة معدنية كيميائية قوية معهاطلاء تاك، وتكون إزالة الرواسب الزائدة أسهل من إزالة SiC المزروعة بشكل متجانس على طلاء SiC.