Apa itu suseptor grafit berlapis SiC?

Gambar 1.Suseptor grafit berlapis SiC

1. Lapisan epitaksi dan perlengkapannya

Selama proses pembuatan wafer, kita perlu membangun lebih lanjut lapisan epitaksial pada beberapa substrat wafer untuk memfasilitasi pembuatan perangkat. Epitaksi mengacu pada proses menumbuhkan kristal tunggal baru pada substrat kristal tunggal yang telah diproses secara cermat dengan cara dipotong, digiling, dan dipoles. Kristal tunggal yang baru dapat berupa bahan yang sama dengan substratnya, atau bahan yang berbeda (homoepitaksial atau heteroepitaksial). Karena lapisan kristal tunggal baru tumbuh di sepanjang fase kristal substrat, maka disebut lapisan epitaksi, dan pembuatan perangkat dilakukan pada lapisan epitaksi. 

Misalnya, aEpitaksi GaAlapisan disiapkan pada substrat silikon untuk perangkat pemancar cahaya LED; Aepitaksi SiClapisan ditanam pada substrat SiC konduktif untuk konstruksi SBD, MOSFET dan perangkat lain dalam aplikasi daya; lapisan epitaksi GaN dibangun di atas substrat SiC semi-isolasi untuk memproduksi lebih lanjut perangkat seperti HEMT dalam aplikasi frekuensi radio seperti komunikasi. Parameter seperti ketebalan bahan epitaksi SiC dan konsentrasi pembawa latar belakang secara langsung menentukan berbagai sifat listrik perangkat SiC. Dalam proses ini, kita tidak dapat melakukannya tanpa peralatan deposisi uap kimia (CVD).

Gambar 2. Mode pertumbuhan film epitaksi

2. Pentingnya susceptor grafit berlapis SiC pada peralatan CVD

Pada peralatan CVD, kita tidak dapat menempatkan substrat secara langsung pada logam atau hanya pada dasar pengendapan epitaksial, karena melibatkan banyak faktor seperti arah aliran gas (horizontal, vertikal), suhu, tekanan, fiksasi dan kontaminan. Oleh karena itu, kita perlu menggunakan susceptor(pembawa wafer) untuk menempatkan media pada baki dan menggunakan teknologi CVD untuk melakukan pengendapan epitaksi di atasnya. Susceptor ini adalah susceptor grafit berlapis SiC (disebut juga baki).

2.1 Penerapan susceptor grafit berlapis SiC pada peralatan MOCVD

Suseptor grafit berlapis SiC memainkan peran penting dalamperalatan pengendapan uap kimia organik logam (MOCVD).untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal. Stabilitas termal dan keseragaman termal dari susceptor ini sangat penting untuk kualitas bahan epitaksi, sehingga dianggap sebagai komponen inti yang sangat diperlukan dalam peralatan MOCVD. Teknologi deposisi uap kimia organik logam (MOCVD) saat ini banyak digunakan dalam pertumbuhan epitaksi film tipis GaN pada LED biru karena memiliki keunggulan pengoperasian yang sederhana, laju pertumbuhan yang terkendali, dan kemurnian yang tinggi.

Sebagai salah satu komponen inti dalam peralatan MOCVD, susceptor grafit semikonduktor Vetek bertanggung jawab untuk mendukung dan memanaskan substrat kristal tunggal, yang secara langsung mempengaruhi keseragaman dan kemurnian bahan film tipis, dan dengan demikian terkait dengan kualitas persiapan wafer epitaksi. Seiring dengan meningkatnya jumlah penggunaan dan perubahan lingkungan kerja, kerentanan grafit rentan terhadap keausan dan oleh karena itu diklasifikasikan sebagai barang habis pakai.

2.2. Karakteristik suseptor grafit berlapis SIC

Untuk memenuhi kebutuhan peralatan MOCVD, pelapisan yang diperlukan pada suseptor grafit harus mempunyai karakteristik khusus untuk memenuhi standar sebagai berikut:

✔  Cakupan bagus: Lapisan SiC harus menutupi seluruh susceptor dan memiliki tingkat kepadatan yang tinggi untuk mencegah kerusakan dalam lingkungan gas korosif.

✔  Kekuatan ikatan yang tinggi: Lapisan harus terikat kuat pada susceptor dan tidak mudah rontok setelah beberapa siklus suhu tinggi dan suhu rendah.

✔  Stabilitas kimia yang baik: Pelapisan harus memiliki stabilitas kimia yang baik untuk menghindari kegagalan pada suhu tinggi dan atmosfer korosif.

2.3 Kesulitan dan tantangan dalam mencocokkan bahan grafit dan silikon karbida

Silikon karbida (SiC) bekerja dengan baik di atmosfer epitaksi GaN karena keunggulannya seperti ketahanan terhadap korosi, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan guncangan termal, dan stabilitas kimia yang baik. Koefisien muai panasnya mirip dengan grafit, menjadikannya bahan pilihan untuk pelapis suseptor grafit.

Namun, bagaimanapun juga,grafitDansilikon karbidaadalah dua bahan yang berbeda, dan masih akan ada situasi di mana lapisan tersebut memiliki masa pakai yang singkat, mudah rontok, dan meningkatkan biaya karena koefisien muai panas yang berbeda. 

3. Teknologi Pelapisan SiC

3.1. Jenis SiC yang umum

Saat ini, jenis SiC yang umum mencakup 3C, 4H, dan 6H, dan jenis SiC yang berbeda cocok untuk tujuan yang berbeda. Misalnya, 4H-SiC cocok untuk pembuatan perangkat berdaya tinggi, 6H-SiC relatif stabil dan dapat digunakan untuk perangkat optoelektronik, dan 3C-SiC dapat digunakan untuk menyiapkan lapisan epitaksi GaN dan memproduksi perangkat RF SiC-GaN karena strukturnya mirip dengan GaN. 3C-SiC juga biasa disebut sebagai β-SiC, yang terutama digunakan untuk film tipis dan bahan pelapis. Oleh karena itu, β-SiC saat ini menjadi salah satu bahan utama pelapis.

3.2 .Lapisan silikon karbidametode persiapan

Ada banyak pilihan untuk pembuatan pelapis silikon karbida, antara lain metode gel-sol, metode penyemprotan, metode penyemprotan berkas ion, metode reaksi uap kimia (CVR) dan metode deposisi uap kimia (CVD). Diantaranya, metode deposisi uap kimia (CVD) saat ini menjadi teknologi utama dalam pembuatan pelapis SiC. Metode ini mengendapkan lapisan SiC pada permukaan substrat melalui reaksi fase gas, yang memiliki keuntungan berupa ikatan erat antara lapisan dan substrat, meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ablasi bahan substrat.

Metode sintering suhu tinggi, dengan menempatkan substrat grafit ke dalam bubuk penyemat dan menyinternya pada suhu tinggi dalam atmosfer inert, akhirnya membentuk lapisan SiC pada permukaan substrat, yang disebut metode penyematan. Meskipun metode ini sederhana dan lapisannya terikat erat pada substrat, keseragaman lapisan dalam arah ketebalannya buruk, dan lubang cenderung muncul, sehingga mengurangi ketahanan oksidasi.

✔  Metode penyemprotanmelibatkan penyemprotan bahan mentah cair pada permukaan substrat grafit, dan kemudian pemadatan bahan mentah pada suhu tertentu untuk membentuk lapisan. Meskipun metode ini berbiaya rendah, lapisan tersebut memiliki ikatan yang lemah dengan substrat, dan lapisan tersebut memiliki keseragaman yang buruk, ketebalan yang tipis, dan ketahanan oksidasi yang buruk, dan biasanya memerlukan perawatan tambahan.

✔  Teknologi penyemprotan sinar ionmenggunakan pistol berkas ion untuk menyemprotkan bahan cair atau sebagian cair ke permukaan substrat grafit, yang kemudian mengeras dan berikatan untuk membentuk lapisan. Meskipun pengoperasiannya sederhana dan dapat menghasilkan lapisan silikon karbida yang relatif padat, lapisan tersebut mudah pecah dan memiliki ketahanan oksidasi yang buruk. Biasanya digunakan untuk menyiapkan pelapis komposit SiC berkualitas tinggi.

✔ Metode sol-gel, metode ini melibatkan pembuatan larutan sol yang seragam dan transparan, mengaplikasikannya pada permukaan substrat, kemudian mengeringkan dan sintering untuk membentuk lapisan. Meskipun pengoperasiannya sederhana dan biayanya rendah, lapisan yang disiapkan memiliki ketahanan guncangan termal yang rendah dan rentan terhadap retak, sehingga jangkauan penerapannya terbatas.

✔ Teknologi reaksi uap kimia (CVR): CVR menggunakan bubuk Si dan SiO2 untuk menghasilkan uap SiO, dan membentuk lapisan SiC melalui reaksi kimia pada permukaan substrat bahan karbon. Meskipun lapisan yang terikat erat dapat dibuat, diperlukan suhu reaksi yang lebih tinggi dan biaya yang tinggi.

✔  Deposisi uap kimia (CVD): CVD saat ini merupakan teknologi yang paling banyak digunakan untuk menyiapkan pelapis SiC, dan pelapis SiC dibentuk oleh reaksi fase gas pada permukaan substrat. Lapisan yang dibuat dengan metode ini terikat erat dengan substrat, sehingga meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ablasi substrat, namun memerlukan waktu deposisi yang lama, dan gas reaksi mungkin beracun.

Gambar 3.Diagram pengendapan uap kimia

4. Persaingan pasar danSemikonduktor Vetekinovasi teknologi

Di pasar substrat grafit berlapis SiC, pabrikan asing memulai lebih awal, dengan keunggulan terdepan dan pangsa pasar yang lebih tinggi. Secara internasional, Xycard di Belanda, SGL di Jerman, Toyo Tanso di Jepang, dan MEMC di Amerika Serikat adalah pemasok utama, dan pada dasarnya mereka memonopoli pasar internasional. Namun, Tiongkok kini telah menembus teknologi inti pelapisan SiC yang tumbuh secara seragam pada permukaan substrat grafit, dan kualitasnya telah diverifikasi oleh pelanggan dalam dan luar negeri. Pada saat yang sama, ia juga memiliki keunggulan kompetitif tertentu dalam harga, yang dapat memenuhi persyaratan peralatan MOCVD untuk penggunaan substrat grafit berlapis SiC. 

Semikonduktor Vetek telah terlibat dalam penelitian dan pengembangan di bidangpelapis SiCselama lebih dari 20 tahun. Oleh karena itu, kami telah meluncurkan teknologi lapisan penyangga yang sama dengan SGL. Melalui teknologi pemrosesan khusus, lapisan penyangga dapat ditambahkan antara grafit dan silikon karbida untuk meningkatkan masa pakai lebih dari dua kali lipat.