Piikarbidi (SiC)materiaalin etuna on leveä kaistaväli, korkea lämmönjohtavuus, korkea kriittinen läpilyöntikentän voimakkuus ja suuri kyllästettyjen elektronien ryömintänopeus, mikä tekee siitä erittäin lupaavan puolijohteiden valmistuksen alalla. SiC-yksittäiskiteet valmistetaan yleensä fyysisellä höyrynkuljetusmenetelmällä (PVT). Tämän menetelmän erityiset vaiheet sisältävät piikarbidijauheen asettamisen grafiittiupokkaan pohjalle ja piikarbidin siemenkiteen sijoittamisen upokkaan yläosaan. Grafiittiupokaskuumennetaan piikarbidin sublimaatiolämpötilaan, jolloin piikarbidijauhe hajoaa höyryfaasiaineiksi, kuten Si-höyryksi, Si2C:ksi ja SiC2:ksi. Aksiaalisen lämpötilagradientin vaikutuksesta nämä höyrystyneet aineet sublimoituvat upokkaan yläosaan ja tiivistyvät piikarbidin siemenkiteen pinnalle kiteytyen piikarbidin yksittäiskiteiksi.
Tällä hetkellä käytetyn siemenkiteen halkaisijaSiC yksikiteiden kasvuon vastattava tavoitekidehalkaisijaa. Kasvun aikana siemenkide kiinnitetään upokkaan yläosassa olevaan siemenpidikkeeseen liimalla. Tämä siemenkiteen kiinnitysmenetelmä voi kuitenkin johtaa ongelmiin, kuten onteloihin liimakerroksessa, johtuen tekijöistä, kuten siemenpidikkeen pinnan tarkkuus ja liimapäällysteen tasaisuus, mikä voi johtaa kuusikulmaisiin aukkovirheisiin. Näitä ovat grafiittilevyn tasaisuuden parantaminen, liimakerroksen paksuuden tasaisuuden lisääminen ja joustavan puskurikerroksen lisääminen. Näistä ponnisteluista huolimatta liimakerroksen tiheydessä on edelleen ongelmia, ja siemenkiteiden irtoamisen riski on olemassa. Ottamalla käyttöön menetelmän liimausvohveligrafiittipaperiin ja sen päällekkäin upokkaan yläosaan voidaan parantaa liimakerroksen tiheyttä ja estää kiekon irtoaminen.
1. Kokeellinen kaavio:
Kokeessa käytetyt kiekot ovat kaupallisesti saatavilla6 tuuman N-tyypin SiC kiekot. Fotoresisti levitetään spincoaterilla. Tarttuminen saadaan aikaan käyttämällä itse kehitettyä siemenkuumapuristusuunia.
1.1 Siemenkiteiden kiinnityskaavio:
Tällä hetkellä piikarbidin siemenkiteiden adheesiojärjestelmät voidaan jakaa kahteen luokkaan: liimatyyppi ja suspensiotyyppi.
Liimatyyppikaavio (Kuva 1): Tämä sisältää liimauksenSiC kiekkografiittilevyyn grafiittipaperikerroksella puskurikerroksena poistamaan välitSiC kiekkoja grafiittilevy. Varsinaisessa tuotannossa grafiittipaperin ja grafiittilevyn välinen sidoslujuus on heikko, mikä johtaa usein siemenkiteiden irtoamiseen korkean lämpötilan kasvuprosessin aikana, mikä johtaa kasvun epäonnistumiseen.
Suspensiotyyppikaavio (Kuva 2): Tyypillisesti SiC-kiekon sidospinnalle luodaan tiheä hiilikalvo käyttämällä liimahiiletys- tai pinnoitusmenetelmiä. TheSiC kiekkokiinnitetään sitten kahden grafiittilevyn väliin ja asetetaan grafiittiupokkaan yläosaan, mikä varmistaa vakauden samalla kun hiilikalvo suojaa kiekkoa. Hiilikalvon luominen pinnoittamalla on kuitenkin kallista eikä sovellu teolliseen tuotantoon. Liiman karbonointimenetelmä tuottaa epäjohdonmukaisen hiilikalvon laadun, mikä vaikeuttaa täydellisen tiheän, vahvan tarttuvuuden omaavan hiilikalvon saamista. Lisäksi grafiittilevyjen kiinnittäminen vähentää kiekon tehollista kasvualuetta tukkimalla osan sen pinnasta.
Edellä mainittujen kahden kaavion perusteella ehdotetaan uutta liima- ja päällekkäiskaaviota (kuva 3):
SiC-kiekon sidospinnalle luodaan liimahiiletysmenetelmällä suhteellisen tiivis hiilikalvo, joka varmistaa, ettei valaistuksessa pääse vuotamaan suuria valovuotoja.
Hiilikalvolla päällystetty SiC-kiekko liimataan grafiittipaperiin siten, että sidospinta on hiilikalvon puoli. Liimakerroksen tulee näyttää tasaisen mustalta valossa.
Grafiittipaperi puristetaan grafiittilevyillä ja ripustetaan grafiittiupokkaan yläpuolelle kiteiden kasvua varten.
1.2 Liima:
Fotoresistin viskositeetti vaikuttaa merkittävästi kalvon paksuuden tasaisuuteen. Samalla linkousnopeudella alhaisempi viskositeetti johtaa ohuempiin ja tasaisempiin liimakalvoihin. Siksi alhaisen viskositeetin fotoresisti valitaan käyttövaatimusten mukaisesti.
Kokeen aikana havaittiin, että hiiltyvän liiman viskositeetti vaikuttaa hiilikalvon ja kiekon väliseen sidoslujuuteen. Korkea viskositeetti vaikeuttaa levittämistä tasaisesti spin-päällystimellä, kun taas alhainen viskositeetti johtaa heikkoon sidoslujuuteen, mikä johtaa hiilikalvon halkeilemiseen myöhempien liimausprosessien aikana liimavirtauksen ja ulkoisen paineen vuoksi. Kokeellisen tutkimuksen avulla hiiltyvän liiman viskositeetiksi määritettiin 100 mPa·s ja liima-aineen viskositeetiksi asetettiin 25 mPa·s.
1.3 Työtyhjiö:
Hiilikalvon luomiseen piikarbidikiekkoon kuuluu piikarbidikiekon pinnalla olevan liimakerroksen hiiltäminen, joka on suoritettava tyhjiö- tai argonsuojatussa ympäristössä. Kokeelliset tulokset osoittavat, että argonilla suojattu ympäristö on suotuisampi hiilikalvon muodostumiselle kuin suuri tyhjiö. Jos käytetään tyhjiöympäristöä, alipainetason tulee olla ≤1 Pa.
SiC-siemenkiteen sitomisprosessi sisältää piikarbidikiekon sitomisen grafiittilevyyn/grafiittipaperiin. Kun otetaan huomioon hapen erosiivinen vaikutus grafiittimateriaaleihin korkeissa lämpötiloissa, tämä prosessi on suoritettava tyhjiöolosuhteissa. Erilaisten alipainetasojen vaikutusta liimakerrokseen tutkittiin. Koetulokset on esitetty taulukossa 1. Voidaan nähdä, että alhaisissa tyhjiöolosuhteissa ilmassa olevat happimolekyylit eivät poistu kokonaan, mikä johtaa epätäydellisiin liimakerroksiin. Kun tyhjiötaso on alle 10 Pa, happimolekyylien erosiivinen vaikutus liimakerrokseen vähenee merkittävästi. Kun alipaine on alle 1 Pa, erosiivinen vaikutus eliminoituu kokonaan.
Postitusaika: 11.6.2024