Yüksek Saflıkta CVD Kalın SiC: Malzeme Büyümesine Yönelik Süreç İçgörüleri

1. GelenekselCVD SiCBiriktirme Süreci

SiC kaplamaların biriktirilmesine yönelik standart CVD işlemi, dikkatle kontrol edilen bir dizi adımı içerir:

Isıtma:CVD fırını 100-160°C arasındaki bir sıcaklığa ısıtılır.

Substrat Yükleme:Bir grafit substrat (mandrel), biriktirme odası içindeki dönen bir platform üzerine yerleştirilir.

Vakum ve Temizleme:Oda birden fazla döngüde boşaltılır ve argon (Ar) gazıyla temizlenir.

Isıtma ve Basınç Kontrolü:Bölme sürekli vakum altında biriktirme sıcaklığına kadar ısıtılır. İstenilen sıcaklığa ulaşıldıktan sonra, 40-60 kPa'lık bir basınca ulaşmak için Ar gazı verilmeden önce bir tutma süresi korunur. Daha sonra oda tekrar boşaltılır.

Öncü Gaz Giriş:Hidrojen (H2), argon (Ar) ve bir hidrokarbon gazı (alkan) karışımı, bir klorosilan öncüsü (tipik olarak silikon tetraklorür, SiCl4) ile birlikte bir ön ısıtma odasına verilir. Elde edilen gaz karışımı daha sonra reaksiyon odasına beslenir.

Biriktirme ve Soğutma:Biriktirmenin tamamlanması üzerine H2, klorosilan ve alkan akışı durdurulur. Soğutma sırasında odayı temizlemek için argon akışı korunur. Son olarak bölme atmosferik basınca getirilir, açılır ve SiC kaplı grafit alt tabaka çıkarılır.

2. Kalın UygulamalarıCVD SiCKatmanlar

1 mm kalınlığı aşan yüksek yoğunluklu SiC katmanları aşağıdaki alanlarda kritik uygulamalar bulur:

Yarı İletken Üretimi:Entegre devre üretimi için kuru dağlama sistemlerinde odak halkaları (FR) olarak.

Optik ve Havacılık:Yüksek şeffaflığa sahip SiC katmanları optik aynalarda ve uzay aracı pencerelerinde kullanılır.

Bu uygulamalar, kalın SiC'yi önemli ekonomik potansiyele sahip, yüksek değerli bir ürün haline getiren yüksek performanslı malzemeler gerektirir.

3. Yarı İletken Sınıfı için Hedef ÖzelliklerCVD SiC

CVD SiCyarı iletken uygulamalar için, özellikle de odak halkaları için sıkı malzeme özellikleri gerekir:

Yüksek Saflık:Saflık seviyesi %99,9999 (6N) olan çok kristalli SiC.

Yüksek Yoğunluk:Yoğun, gözeneksiz bir mikro yapı esastır.

Yüksek Isı İletkenliği:Teorik değerler 490 W/m·K'ye yaklaşırken pratik değerler 200-400 W/m·K arasında değişir.

Kontrollü Elektrik Direnç:0,01-500 Ω.cm arasındaki değerler arzu edilir.

Plazma Direnci ve Kimyasal İnertlik:Agresif gravür ortamlarına dayanmak açısından kritiktir.

Yüksek Sertlik:SiC'nin doğal sertliği (~3000 kg/mm2) özel işleme teknikleri gerektirir.

Kübik Çok Kristalli Yapı:Baskın (111) kristalografik yönelime sahip, tercihli olarak yönlendirilmiş 3C-SiC (β-SiC) arzu edilir.

4. 3C-SiC Kalın Filmler için CVD Süreci

Odak halkaları için kalın 3C-SiC filmlerin biriktirilmesi için tercih edilen yöntem, aşağıdaki parametrelerin kullanıldığı CVD'dir:

Öncü Seçimi:Stokiyometrik biriktirme için 1:1 Si/C molar oranı sunan metiltriklorosilan (MTS) yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, bazı üreticiler plazma direncini artırmak için Si:C oranını (1:1,1 ila 1:1,4) optimize eder, bu da potansiyel olarak tane boyutu dağılımını ve tercih edilen yönelimi etkiler.

Taşıyıcı Gaz:Hidrojen (H2), klor içeren türlerle reaksiyona girerken argon (Ar), MTS için taşıyıcı gaz görevi görür ve birikme hızını kontrol etmek için gaz karışımını seyreltir.

5. Odak Halkası Uygulamaları için CVD Sistemi

Odak halkaları için 3C-SiC biriktirmeye yönelik tipik bir CVD sisteminin şematik gösterimi sunulmaktadır. Ancak ayrıntılı üretim sistemleri genellikle özel olarak tasarlanmış ve tescillidir.

6. Sonuç

CVD yoluyla yüksek saflıkta, kalın SiC katmanlarının üretimi, çok sayıda parametre üzerinde hassas kontrol gerektiren karmaşık bir süreçtir. Bu yüksek performanslı malzemelere olan talep artmaya devam ettikçe, devam eden araştırma ve geliştirme çalışmaları, yeni nesil yarı iletken imalatının ve diğer zorlu uygulamaların katı gereksinimlerini karşılamak için CVD tekniklerini optimize etmeye odaklanıyor.**