Technologie čištění grafitu v SiC polovodičích

Aplikace grafitu v SiC polovodičích a význam čistoty

Grafitje zásadní při výrobě polovodičů z karbidu křemíku (SiC), známých pro své výjimečné tepelné a elektrické vlastnosti. Díky tomu je SiC ideální pro vysoce výkonné, vysokoteplotní a vysokofrekvenční aplikace. Při výrobě polovodičů SiC,grafitse běžně používá prokelímky, ohřívače a další komponenty pro vysokoteplotní zpracovánídíky své vynikající tepelné vodivosti, chemické stabilitě a odolnosti vůči teplotním šokům. Účinnost grafitu v těchto rolích však silně závisí na jeho čistotě. Nečistoty v grafitu mohou způsobit nežádoucí defekty v krystalech SiC, zhoršit výkon polovodičových součástek a snížit celkovou výtěžnost výrobního procesu. S rostoucí poptávkou po SiC polovodičích v průmyslových odvětvích, jako jsou elektrická vozidla, obnovitelná energie a telekomunikace, se potřeba ultračistého grafitu stala kritičtější. Vysoce čistý grafit zajišťuje splnění přísných kvalitativních požadavků na polovodiče SiC, což umožňuje výrobcům vyrábět zařízení s vynikajícím výkonem a spolehlivostí. Proto vývoj pokročilých metod čištění k dosažení ultra vysoké čistoty vgrafitje zásadní pro podporu příští generace SiC polovodičových technologií.

Fyzikálně chemické čištění

Neustálý pokrok v technologii čištění a rychlý vývoj technologie polovodičů třetí generace vedly ke vzniku nové metody čištění grafitu známé jako fyzikálně-chemické čištění. Tato metoda zahrnuje umístěnígrafitové výrobkyve vakuové peci pro ohřev. Zvýšením vakua v peci budou nečistoty v grafitových produktech těkat, když dosáhnou tlaku nasycených par. Kromě toho se halogenový plyn používá k přeměně oxidů s vysokou teplotou tání a bodu varu v nečistotách grafitu na halogenidy s nízkou teplotou tání a bodu varu, čímž se dosáhne požadovaného čisticího účinku.

Vysoce čisté grafitové produktypro třetí generaci polovodičového karbidu křemíku typicky prochází čištění pomocí fyzikálních a chemických metod, s požadavkem na čistotu ≥99,9995 %. Kromě čistoty existují specifické požadavky na obsah určitých prvků nečistot, jako je obsah nečistot B ≤0,05 × 10^-6 a obsah nečistot Al ≤0,05 × 10^-6.

Zvýšení teploty pece a úrovně vakua vede k automatickému odpaření některých nečistot v grafitových produktech, čímž se dosáhne odstranění nečistot. Pro prvky nečistot vyžadující k odstranění vyšší teploty se používá plynný halogen k jejich přeměně na halogenidy s nižšími teplotami tání a varu. Kombinací těchto metod jsou nečistoty v grafitu účinně odstraněny.

Například plynný chlor z halogenové skupiny se zavádí během procesu čištění za účelem přeměny oxidů v grafitových nečistotách na chloridy. Vzhledem k výrazně nižším bodům tání a varu chloridů ve srovnání s jejich oxidy lze nečistoty v grafitu odstranit bez potřeby velmi vysokých teplot.

Proces čištění

Před čištěním vysoce čistých grafitových produktů používaných v SiC polovodičích třetí generace je nezbytné určit vhodný procesní plán založený na požadované konečné čistotě, úrovních specifických nečistot a počáteční čistotě grafitových produktů. Proces se musí zaměřit na selektivní odstraňování kritických prvků, jako je bor (B) a hliník (Al). Plán čištění je formulován na základě posouzení počáteční a cílové úrovně čistoty, jakož i požadavků na konkrétní prvky. To zahrnuje výběr optimálního a nákladově nejefektivnějšího procesu čištění, který zahrnuje stanovení parametrů halogenového plynu, tlaku v peci a procesní teploty. Tato procesní data jsou pak vložena do čistícího zařízení, aby se proces provedl. Po čištění se provádí testování třetí stranou, aby se ověřila shoda s požadovanými standardy, a kvalifikované produkty jsou dodávány koncovému uživateli.