Ano ang mga Aplikasyon ng SiC at TaC Coatings sa Semiconductor Field?

Paano Malawak na Tinukoy ang Sektor ng Semiconductor at Ano ang Mga Pangunahing Bahagi Nito?

Ang sektor ng semiconductor ay malawakang tumutukoy sa paggamit ng mga katangian ng materyal na semiconductor upang makagawa ng mga semiconductor integrated circuit (ICs), mga semiconductor display (LCD/OLED panel), semiconductor lighting (LED), at mga produktong enerhiya ng semiconductor (photovoltaics) sa pamamagitan ng mga kaugnay na proseso ng pagmamanupaktura ng semiconductor. Ang mga pinagsama-samang circuit ay umabot ng hanggang 80% ng sektor na ito, kaya, sa makitid na pagsasalita, ang industriya ng semiconductor ay madalas na partikular na tumutukoy sa industriya ng IC.

Sa esensya, ang paggawa ng semiconductor ay nagsasangkot ng paglikha ng mga istruktura ng circuit sa isang "substrate" at pagkonekta sa circuit na ito sa panlabas na kapangyarihan at mga sistema ng kontrol upang makamit ang iba't ibang mga pag-andar. Ang mga substrate, isang terminong ginamit sa industriya, ay maaaring gawin ng mga semiconductor na materyales tulad ng Si o SiC, o mga non-semiconductor na materyales tulad ng sapphire o salamin. Maliban sa mga industriya ng LED at panel, ang mga silicon na wafer ay ang pinakakaraniwang ginagamit na substrate. Ang Epitaxy ay tumutukoy sa proseso ng pagpapalaki ng bagong thin-film na materyal sa substrate, na ang mga karaniwang materyales ay Si, SiC, GaN, GaAs, atbp. konsentrasyon, at profile ng epitaxial layer, independiyente sa substrate. Ang kontrol na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng doping sa panahon ng proseso ng paglago ng epitaxial.

Ano ang Binubuo ng Front-end na Proseso sa Semiconductor Manufacturing?

Ang front-end na proseso ay ang pinaka-technically complex at capital-intensive na bahagi ng semiconductor manufacturing, na nangangailangan ng pag-uulit ng parehong mga procedure nang maraming beses, kaya tinawag na "cyclic process." Pangunahing kasama nito ang paglilinis, oksihenasyon, photolithography, pag-ukit, pagtatanim ng ion, pagsasabog, pagsusubo, pag-deposition ng manipis na pelikula, at pag-polish.

Paano Pinoprotektahan ng Mga Coating ang Semiconductor Manufacturing Equipment?

Ang mga kagamitan sa pagmamanupaktura ng semiconductor ay gumagana sa mataas na temperatura, lubhang kinakaing unti-unti na mga kapaligiran at nangangailangan ng napakataas na kalinisan. Kaya, ang pagprotekta sa mga panloob na bahagi ng kagamitan ay isang mahalagang hamon. Pinapaganda at pinoprotektahan ng teknolohiya ng coating ang mga base na materyales sa pamamagitan ng pagbuo ng manipis na patong na pantakip sa kanilang mga ibabaw. Ang adaptasyon na ito ay nagbibigay-daan sa mga batayang materyales na makatiis ng mas matindi at masalimuot na kapaligiran ng produksyon, pagpapabuti ng kanilang mataas na temperatura na katatagan, paglaban sa kaagnasan, paglaban sa oksihenasyon, at pagpapahaba ng kanilang habang-buhay.

Bakit angSiC CoatingMahalaga sa Silicon Substrate Manufacturing Domain?

Sa mga silicon crystal growth furnace, ang mataas na temperatura ng silicon vapor sa paligid ng 1500°C ay maaaring makabuluhang makasira ng graphite o carbon-carbon na mga bahagi ng materyal. Paglalapat ng mataas na kadalisayanSiC coatingsa mga bahaging ito ay maaaring epektibong harangan ang singaw ng silikon at pahabain ang buhay ng serbisyo ng mga bahagi.

Ang proseso ng paggawa ng mga semiconductor na silicon na wafer ay kumplikado, na kinasasangkutan ng maraming mga hakbang, na may paglaki ng kristal, pagbubuo ng silicon na wafer, at paglaki ng epitaxial ang mga pangunahing yugto. Ang paglaki ng kristal ay ang pangunahing proseso sa paggawa ng wafer ng silikon. Sa yugto ng paghahanda ng single-crystal, natutukoy ang mga mahahalagang teknikal na parameter tulad ng diameter ng wafer, oryentasyong kristal, uri ng doping conductivity, hanay at pamamahagi ng resistivity, konsentrasyon ng carbon at oxygen, at mga depekto sa sala-sala. Ang single-crystal silicon ay karaniwang inihahanda gamit ang alinman sa Czochralski (CZ) na pamamaraan o ang Float Zone (FZ) na paraan. Ang pamamaraang CZ ay ang pinakakaraniwang ginagamit, na nagkakahalaga ng halos 85% ng mga solong kristal na silikon. Ang 12-inch na silicon na wafer ay maaari lamang gawin gamit ang CZ method. Ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng paglalagay ng high-purity polysilicon material sa isang quartz crucible, pagtunaw nito sa ilalim ng proteksyon ng high-purity inert gas, at pagkatapos ay pagpasok ng isang single-crystal silicon seed sa natunaw. Habang ang buto ay hinihila pataas, ang kristal ay lumalaki sa isang monocrystalline silicon rod.

Paano angPatong ng TaCNag-evolve gamit ang PVT Methods?

Ang mga likas na katangian ng SiC (kakulangan ng Si:C=1:1 na bahagi ng likido sa presyon ng atmospera) ay ginagawang mahirap ang paglaki ng single-crystal. Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing pamamaraan ay kinabibilangan ng Physical Vapor Transport (PVT), High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HT-CVD), at Liquid Phase Epitaxy (LPE). Kabilang sa mga ito, ang PVT ay ang pinaka-tinatanggap na pinagtibay dahil sa mas mababang mga kinakailangan sa kagamitan, mas simpleng proseso, malakas na pagkontrol, at itinatag na mga pang-industriyang aplikasyon.

Ang pamamaraan ng PVT ay nagbibigay-daan sa kontrol sa mga patlang ng temperatura ng axial at radial sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga kondisyon ng thermal insulation sa labas ng graphite crucible. Ang SiC powder ay inilalagay sa mas mainit na ilalim ng graphite crucible, habang ang SiC seed crystal ay naayos sa mas malamig na tuktok. Ang distansya sa pagitan ng pulbos at buto ay karaniwang kinokontrol sa ilang sampu-sampung milimetro upang maiwasan ang pagdikit sa pagitan ng lumalagong SiC crystal at ng pulbos. Gamit ang iba't ibang paraan ng pag-init (induction o resistance heating), ang SiC powder ay pinainit sa 2200-2500°C, na nagiging sanhi ng orihinal na pulbos na mag-sublimate at mabulok sa mga gaseous na bahagi tulad ng Si, Si2C, at SiC2. Ang mga gas na ito ay dinadala sa dulo ng seed crystal sa pamamagitan ng convection, kung saan nag-crystalize ang SiC, na nakakamit ng single-crystal growth. Ang karaniwang rate ng paglago ay 0.2-0.4mm/h, na nangangailangan ng 7-14 na araw upang mapalago ang isang 20-30mm na kristal na ingot.

Ang pagkakaroon ng carbon inclusions sa PVT-grown SiC crystals ay isang makabuluhang pinagmumulan ng depekto, na nag-aambag sa mga microtubes at polymorphic na mga depekto, na nagpapababa sa kalidad ng mga SiC crystal at nililimitahan ang pagganap ng mga SiC-based na device. Sa pangkalahatan, ang graphitization ng SiC powder at isang carbon-rich growth front ay kinikilalang pinagmumulan ng carbon inclusions: 1) Sa panahon ng SiC powder decomposition, ang Si vapor ay nag-iipon sa gas phase habang ang C ay tumutuon sa solid phase, na humahantong sa matinding carbonization ng powder huli sa paglaki. Kapag nalampasan ng mga particle ng carbon sa powder ang gravity at kumalat sa SiC ingot, nabuo ang mga carbon inclusion. 2) Sa ilalim ng mga kondisyong mayaman sa Si, ang sobrang Si vapor ay tumutugon sa graphite crucible wall, na bumubuo ng manipis na layer ng SiC na madaling mabulok sa mga carbon particle at mga sangkap na naglalaman ng Si.

Maaaring tugunan ng dalawang diskarte ang mga isyung ito: 1) I-filter ang mga particle ng carbon mula sa mabigat na carbonized na SiC powder na huli sa paglaki. 2) Pigilan ang Si vapor na masira ang graphite crucible wall. Maraming karbida, tulad ng TaC, ay maaaring gumana nang matatag sa itaas ng 2000°C at lumalaban sa kemikal na kaagnasan ng mga acid, alkalis, NH3, H2, at Si vapor. Sa pagtaas ng kalidad ng mga pangangailangan para sa SiC wafers, ang application ng TaC coatings sa SiC crystal growth technology ay ginagalugad sa industriya. Ipinapakita ng mga pag-aaral na ang mga SiC na kristal na inihanda gamit ang mga bahagi ng grapayt na pinahiran ng TaC sa mga PVT growth furnace ay mas dalisay, na may makabuluhang nabawasang mga depekto sa density, na lubos na nagpapahusay sa kalidad ng kristal.

a) buhaghagTaC o TaC-coated porous graphite: Sinasala ang mga particle ng carbon, pinipigilan ang diffusion sa kristal, at tinitiyak ang pare-parehong daloy ng hangin.

b)Pinahiran ng TaCsingsing: Ihiwalay ang Si vapor mula sa graphite crucible wall, na pumipigil sa crucible wall corrosion ng Si vapor.

c)Pinahiran ng TaCmga gabay sa daloy: Ihiwalay ang singaw ng Si mula sa graphite crucible wall habang idinidirekta ang daloy ng hangin patungo sa seed crystal.

d)Pinahiran ng TaCmga seed crystal holder: Ihiwalay ang singaw ng Si mula sa tuktok na takip ng crucible upang maiwasan ang kaagnasan sa itaas na takip ng Si vapor.

Paano ginagawaPatong ng CVD SiCPakinabang sa GaN Substrate Manufacturing?

Sa kasalukuyan, ang komersyal na produksyon ng mga substrate ng GaN ay nagsisimula sa paglikha ng isang buffer layer (o mask layer) sa isang sapphire substrate. Ang Hydrogen Vapor Phase Epitaxy (HVPE) ay ginagamit upang mabilis na lumaki ang isang GaN film sa buffer layer na ito, na sinusundan ng paghihiwalay at pag-polish upang makakuha ng isang free-standing na substrate ng GaN. Paano gumagana ang HVPE sa loob ng atmospheric pressure quartz reactors, dahil sa pangangailangan nito para sa parehong mababa at mataas na temperatura na mga reaksiyong kemikal?

Sa low-temperature zone (800-900°C), ang gaseous na HCl ay tumutugon sa metal na Ga upang makagawa ng gaseous na GaCl.

Sa high-temperature zone (1000-1100°C), ang gaseous na GaCl ay tumutugon sa gaseous na NH3 upang bumuo ng GaN single-crystal film.

Ano ang mga istrukturang bahagi ng kagamitan sa HVPE, at paano sila pinoprotektahan mula sa kaagnasan? Ang kagamitan ng HVPE ay maaaring pahalang o patayo, na binubuo ng mga bahagi tulad ng gallium boat, furnace body, reactor, gas configuration system, at exhaust system. Ang mga graphite tray at rod, na napupunta sa NH3, ay madaling kapitan ng kaagnasan at maaaring protektahan ng isangSiC coatingupang maiwasan ang pinsala.

Ano ang Kahalagahan ng Teknolohiya ng CVD sa GaN Epitaxy Manufacturing?

Sa larangan ng mga aparatong semiconductor, bakit kailangang bumuo ng mga epitaxial layer sa ilang mga substrate ng wafer? Kasama sa isang tipikal na halimbawa ang mga asul-berdeng LED, na nangangailangan ng mga GaN epitaxial layer sa mga substrate ng sapiro. Ang kagamitan ng MOCVD ay mahalaga sa proseso ng paggawa ng GaN epitaxy, na ang nangungunang mga supplier ay AMEC, Aixtron, at Veeco sa China.

Bakit hindi direktang mailagay ang mga substrate sa metal o simpleng mga base sa panahon ng epitaxial deposition sa mga MOCVD system? Dapat isaalang-alang ang mga salik gaya ng direksyon ng daloy ng gas (pahalang, patayo), temperatura, presyon, pag-aayos ng substrate, at kontaminasyon mula sa mga labi. Samakatuwid, ang isang susceptor na may mga bulsa ay ginagamit upang hawakan ang mga substrate, at ang epitaxial deposition ay isinasagawa gamit ang teknolohiyang CVD sa mga substrate na inilagay sa mga bulsa na ito. AngAng susceptor ay isang graphite base na may SiC coating.

Ano ang pangunahing reaksyon ng kemikal sa GaN epitaxy, at bakit mahalaga ang kalidad ng SiC coating? Ang pangunahing reaksyon ay NH3 + TMGa → GaN + byproducts (sa humigit-kumulang 1050-1100°C). Gayunpaman, ang NH3 ay thermally na nabubulok sa mataas na temperatura, na naglalabas ng atomic hydrogen, na malakas na tumutugon sa carbon sa graphite. Dahil ang NH3/H2 ay hindi tumutugon sa SiC sa 1100°C, ang kumpletong encapsulation ng at kalidad ng SiC coating ay kritikal sa proseso.

Sa Larangan ng SiC Epitaxy Manufacturing, Paano Inilalapat ang Mga Coating sa loob ng Mga Pangunahing Uri ng Mga Reaction Chamber?

Ang SiC ay isang tipikal na polytypic na materyal na may higit sa 200 iba't ibang mga istrukturang kristal, kung saan ang 3C-SiC, 4H-SiC, at 6H-SiC ay ang pinakakaraniwan. Ang 4H-SiC ay ang kristal na istraktura na pangunahing ginagamit sa mga pangunahing aparato. Ang isang makabuluhang kadahilanan na nakakaimpluwensya sa istraktura ng kristal ay ang temperatura ng reaksyon. Ang mga temperatura sa ibaba ng isang partikular na threshold ay may posibilidad na makagawa ng iba pang mga anyo ng kristal. Ang pinakamainam na temperatura ng reaksyon ay nasa pagitan ng 1550 at 1650°C; ang mga temperatura sa ibaba 1550°C ay mas malamang na magbunga ng 3C-SiC at iba pang mga istraktura. Gayunpaman, ang 3C-SiC ay karaniwang ginagamit saSiC coatings, at ang temperatura ng reaksyon na humigit-kumulang 1600°C ay malapit sa limitasyon ng 3C-SiC. Bagama't ang kasalukuyang aplikasyon ng mga TaC coatings ay limitado ng mga isyu sa gastos, sa mahabang panahon,TaC coatingsay inaasahang unti-unting papalitan ang mga SiC coatings sa SiC epitaxial equipment.

Sa kasalukuyan, mayroong tatlong pangunahing uri ng CVD system para sa SiC epitaxy: planetary hot-wall, horizontal hot-wall, at vertical hot-wall. Ang planetary hot-wall CVD system ay nailalarawan sa pamamagitan ng kakayahang magpalago ng maramihang mga wafer sa isang batch, na nagreresulta sa mataas na kahusayan sa produksyon. Ang horizontal hot-wall CVD system ay karaniwang nagsasangkot ng single-wafer, large-size growth system na hinimok ng pag-ikot ng gas float, na nagpapadali sa mahusay na intra-wafer na mga detalye. Ang vertical hot-wall CVD system ay pangunahing nagtatampok ng mataas na bilis ng pag-ikot na tinutulungan ng isang panlabas na mekanikal na base. Ito ay epektibong binabawasan ang kapal ng boundary layer sa pamamagitan ng pagpapanatili ng mas mababang reaction chamber pressure, kaya pinahuhusay ang epitaxial growth rate. Bukod pa rito, ang disenyo ng kamara nito ay walang tuktok na pader na maaaring humantong sa pagtitiwalag ng SiC particle, pinapaliit ang panganib ng pagkahulog ng butil at nagbibigay ng likas na kalamangan sa pagkontrol ng depekto.

Para sa High-Temperature Thermal Processing, Ano ang mga Application ngCVD SiCsa Tube Furnace Equipment?

Ang kagamitan sa tube furnace ay malawakang ginagamit sa mga proseso tulad ng oxidation, diffusion, thin-film growth, annealing, at alloying sa industriya ng semiconductor. Mayroong dalawang pangunahing uri: pahalang at patayo. Sa kasalukuyan, ang industriya ng IC ay pangunahing gumagamit ng mga vertical tube furnace. Depende sa presyon ng proseso at aplikasyon, ang kagamitan sa tube furnace ay maaaring ikategorya sa mga atmospheric pressure furnace at low-pressure furnace. Pangunahing ginagamit ang mga atmospheric pressure furnace para sa thermal diffusion doping, thin-film oxidation, at high-temperature annealing, habang ang mga low-pressure furnace ay idinisenyo para sa paglaki ng iba't ibang uri ng thin films (gaya ng LPCVD at ALD). Ang mga istruktura ng iba't ibang kagamitan sa tube furnace ay magkatulad, at maaari silang madaling i-configure upang maisagawa ang diffusion, oxidation, annealing, LPCVD, at ALD function kung kinakailangan. Ang mga high-purity na sintered na SiC tube, SiC wafer boat, at SiC lining wall ay mahahalagang bahagi sa loob ng reaction chamber ng tube furnace equipment. Depende sa mga kinakailangan ng customer, isang karagdagangSiC coatingmaaaring ilapat ang layer sa ibabaw ng sintered SiC ceramics upang mapahusay ang pagganap.

Sa Larangan ng Photovoltaic Granular Silicon Manufacturing, BakitSiC CoatingNaglalaro ng Mahalagang Papel?

Ang polysilicon, na hinango mula sa metalurgical-grade silicon (o industrial silicon), ay isang non-metallic na materyal na dinalisay sa pamamagitan ng isang serye ng mga pisikal at kemikal na reaksyon upang makamit ang isang silicon na nilalaman na higit sa 99.9999% (6N). Sa larangan ng photovoltaic, ang polysilicon ay pinoproseso sa mga wafer, cell, at module, na sa huli ay ginagamit sa mga photovoltaic power generation system, na ginagawang polysilicon ang isang mahalagang bahagi ng upstream ng photovoltaic industry chain. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang teknolohikal na ruta para sa produksyon ng polysilicon: ang binagong proseso ng Siemens (nagbubunga ng parang baras na silikon) at ang proseso ng silane fluidized bed (nagbubunga ng butil-butil na silikon). Sa binagong proseso ng Siemens, ang high-purity na SiHCl3 ay binabawasan ng high-purity hydrogen sa isang high-purity na silicon core sa paligid ng 1150°C, na nagreresulta sa polysilicon deposition sa silicon core. Ang proseso ng silane fluidized bed ay karaniwang gumagamit ng SiH4 bilang silicon source gas at H2 bilang carrier gas, kasama ang pagdaragdag ng SiCl4 upang thermally decompose SiH4 sa isang fluidized bed reactor sa 600-800°C upang makagawa ng granular polysilicon. Ang binagong proseso ng Siemens ay nananatiling pangunahing ruta ng produksyon ng polysilicon dahil sa medyo mature nitong teknolohiya sa produksyon. Gayunpaman, habang ang mga kumpanya tulad ng GCL-Poly at Tianhong Reike ay patuloy na sumusulong sa granular silicon na teknolohiya, ang proseso ng silane fluidized bed ay maaaring makakuha ng market share dahil sa mas mababang gastos nito at nabawasang carbon footprint.

Ang kontrol sa kadalisayan ng produkto ay dating mahinang punto ng proseso ng fluidized bed, na isang pangunahing dahilan kung bakit hindi nito nalampasan ang proseso ng Siemens sa kabila ng mga makabuluhang pakinabang nito sa gastos. Ang lining ay nagsisilbing pangunahing istraktura at reaction vessel ng proseso ng silane fluidized bed, na nagpoprotekta sa metal shell ng reactor mula sa pagguho at pagsusuot ng mga gas at materyales na may mataas na temperatura habang ini-insulate at pinapanatili ang temperatura ng materyal. Dahil sa malupit na mga kondisyon sa pagtatrabaho at direktang kontak sa butil-butil na silikon, ang lining na materyal ay dapat magpakita ng mataas na kadalisayan, paglaban sa pagsusuot, paglaban sa kaagnasan, at mataas na lakas. Kasama sa mga karaniwang materyales ang grapayt na may aSiC coating. Gayunpaman, sa aktwal na paggamit, may mga paglitaw ng pagbabalat/pag-crack ng coating na humahantong sa labis na nilalaman ng carbon sa butil-butil na silicon, na nagreresulta sa isang maikling habang-buhay para sa mga lining ng graphite at ang pangangailangan para sa regular na pagpapalit, na inuuri ang mga ito bilang mga consumable. Ang mga teknikal na hamon na may kaugnayan sa SiC-coated fluidized bed lining na materyales at ang kanilang mataas na gastos ay humahadlang sa market adoption ng silane fluidized bed process at dapat na matugunan para sa mas malawak na aplikasyon.

Sa Aling Mga Aplikasyon Ginagamit ang Pyrolytic Graphite Coating?

Ang pyrolytic graphite ay isang nobelang carbon material, na binubuo ng high-purity hydrocarbons na chemically vapor-deposited sa furnace pressures sa pagitan ng 1800°C at 2000°C, na nagreresulta sa highly crystallographically oriented pyrolytic carbon. Nagtatampok ito ng mataas na density (2.20 g/cm³), mataas na kadalisayan, at anisotropic thermal, electrical, magnetic, at mechanical properties. Maaari itong magpanatili ng vacuum na 10mmHg kahit na sa humigit-kumulang 1800°C, sa paghahanap ng malawak na potensyal na aplikasyon sa mga larangan tulad ng aerospace, semiconductors, photovoltaics, at analytical na mga instrumento.

Sa red-yellow LED epitaxy at ilang mga espesyal na sitwasyon, ang MOCVD ceiling ay hindi nangangailangan ng proteksyon ng SiC coating at sa halip ay gumagamit ng pyrolytic graphite coating solution.

Ang mga crucibles para sa electron beam evaporation aluminum ay nangangailangan ng mataas na density, mataas na temperatura na resistensya, mahusay na thermal shock resistance, mataas na thermal conductivity, mababang thermal expansion coefficient, at paglaban sa kaagnasan ng mga acid, alkalis, salts, at organic reagents. Dahil ang pyrolytic graphite coating ay may kaparehong materyal gaya ng graphite crucible, epektibo itong makatiis ng high-low temperature cycling, na nagpapahaba sa buhay ng serbisyo ng graphite crucible.**