Ränikarbiid (SiC)materjali eelisteks on lai ribalaius, kõrge soojusjuhtivus, kõrge kriitiline läbilöögivälja tugevus ja suur küllastunud elektronide triivi kiirus, mistõttu on see pooljuhtide tootmise valdkonnas paljulubav. SiC monokristalle toodetakse tavaliselt füüsilise aurutranspordi (PVT) meetodil. Selle meetodi spetsiifilised etapid hõlmavad ränikarbiidi pulbri asetamist grafiittiigli põhja ja ränikarbiidi idukristallide asetamist tiigli ülaossa. Grafiittiigelkuumutatakse SiC sublimatsioonitemperatuurini, põhjustades ränikarbiidi pulbri lagunemise aurufaasi aineteks, nagu Si aur, Si2C ja SiC2. Aksiaalse temperatuurigradiendi mõjul need aurustunud ained sublimeeruvad tiigli tippu ja kondenseeruvad SiC idukristalli pinnale, kristalliseerudes SiC monokristallideks.
Praegu on kasutatud seemnekristalli läbimõõtSiC monokristallide kasvpeab vastama sihtkristalli läbimõõdule. Kasvamise ajal kinnitatakse seemnekristall liimi abil tiigli ülaosas olevale seemnehoidjale. See seemnekristalli kinnitamise meetod võib aga põhjustada selliseid probleeme nagu tühimikud liimikihis selliste tegurite tõttu nagu seemnehoidja pinna täpsus ja liimkatte ühtlus, mis võib põhjustada kuusnurkseid tühimikudefekte. Nende hulka kuuluvad grafiitplaadi tasasuse parandamine, liimikihi paksuse ühtluse suurendamine ja painduva puhverkihi lisamine. Vaatamata nendele jõupingutustele on kleepuva kihi tihedusega endiselt probleeme ja on oht, et seemnekristallid eralduvad. Kasutades liimimismeetoditvahvelgrafiitpaberile ja selle kattumisele tiigli ülaosas, saab parandada liimikihi tihedust ja vältida vahvli eraldumist.
1. Katseskeem:
Katses kasutatud vahvlid on kaubanduslikult saadaval6-tollised N-tüüpi SiC vahvlid. Fotoresist kantakse peale tsentrifuugimiskatja abil. Adhesioon saavutatakse isearendatud seemnete kuumpressimise ahju abil.
1.1 Seemnekristallide fikseerimise skeem:
Praegu saab SiC seemnekristallide adhesiooniskeeme jagada kahte kategooriasse: liimitüüp ja suspensiooni tüüp.
Liimitüübi skeem (joonis 1): see hõlmab liimimistSiC vahvelgrafiitplaadile puhverkihina grafiitpaberi kihiga, et kõrvaldada vahedSiC vahvelja grafiitplaat. Tegelikus tootmises on grafiitpaberi ja grafiitplaadi vaheline nakketugevus nõrk, mis põhjustab seemnekristallide sagedast eraldumist kõrge temperatuuriga kasvuprotsessi ajal, mis põhjustab kasvu katkemist.
Suspensioonitüübi skeem (Joonis 2): Tavaliselt luuakse SiC vahvli sidumispinnale liimiga karboniseerimise või katmise meetodeid kasutades tihe süsinikkile. TheSiC vahvelSeejärel kinnitatakse see kahe grafiitplaadi vahele ja asetatakse grafiittiigli ülaossa, tagades stabiilsuse, samal ajal kui süsinikkile kaitseb vahvlit. Süsinikkile loomine katmise kaudu on aga kulukas ega sobi tööstuslikuks tootmiseks. Liimi karboniseerimismeetod annab ebaühtlase süsinikkile kvaliteedi, mistõttu on raske saada täiuslikult tihedat ja tugeva nakkuvusega süsinikkile. Lisaks vähendab grafiitplaatide kinnitamine vahvli efektiivset kasvuala, blokeerides osa selle pinnast.
Ülaltoodud kahe skeemi alusel pakutakse välja uus liimimis- ja kattumisskeem (joonis 3):
SiC vahvli liimimispinnale luuakse liimiga karboniseerimise meetodil suhteliselt tihe süsinikkile, tagades valgustuse korral suure valguslekke puudumise.
Süsinikkilega kaetud SiC vahvel seotakse grafiitpaberiga, kusjuures liimimispind on süsinikkile pool. Liimikiht peaks valguse käes olema ühtlaselt must.
Grafiitpaber kinnitatakse grafiitplaatidega ja riputatakse kristallide kasvatamiseks grafiittiigli kohale.
1.2 Liim:
Fotoresisti viskoossus mõjutab oluliselt kile paksuse ühtlust. Sama tsentrifuugimise kiiruse korral saadakse väiksema viskoossusega õhemad ja ühtlasemad kleepuvad kiled. Seetõttu valitakse kasutusnõuete piires madala viskoossusega fotoresist.
Katse käigus selgus, et karboniseeriva liimi viskoossus mõjutab süsinikkile ja vahvli vahelist sidumistugevust. Kõrge viskoossus muudab tsentrifuugimiskatjaga ühtlase pealekandmise keeruliseks, samas kui madal viskoossus põhjustab nõrga sidumistugevuse, mis põhjustab süsinikkile pragunemist järgnevate liimimisprotsesside käigus liimivoolu ja välisrõhu tõttu. Eksperimentaalsete uuringute abil määrati karboniseeriva liimi viskoossus 100 mPa·s ja liimimisaine viskoossus 25 mPa·s.
1.3 Töövaakum:
SiC vahvlile süsinikkile loomise protsess hõlmab SiC vahvli pinnal oleva liimikihi karboniseerimist, mis tuleb läbi viia vaakumis või argooniga kaitstud keskkonnas. Katsetulemused näitavad, et argooniga kaitstud keskkond soodustab süsinikkile teket rohkem kui kõrgvaakumkeskkond. Vaakumkeskkonna kasutamisel peaks vaakumi tase olema ≤1 Pa.
SiC idukristallide sidumise protsess hõlmab SiC vahvli sidumist grafiitplaadi/grafiitpaberiga. Arvestades hapniku erosiivset mõju grafiitmaterjalidele kõrgel temperatuuril, tuleb see protsess läbi viia vaakumi tingimustes. Uuriti erinevate vaakumitasemete mõju liimikihile. Katsetulemused on toodud tabelis 1. On näha, et madala vaakumi tingimustes ei eemaldata õhus olevaid hapnikumolekule täielikult, mistõttu tekivad mittetäielikud liimikihid. Kui vaakumi tase on alla 10 Pa, väheneb hapnikumolekulide erosiivne toime liimikihile oluliselt. Kui vaakumi tase on alla 1 Pa, kaob erosiooniefekt täielikult.
Postitusaeg: juuni-11-2024