Proč jsou CVD SiC povlaky nutností pro MOCVD grafitové susceptory?

Při výrobě LED čipů slouží MOCVD epitaxe jako základní proces, který určuje světelnou účinnost. Během výroby grafitové susceptory nesoucí safírové nebo křemíkové substráty pracují v opakovaných tepelných cyklech při teplotách blízkých 1 000 °C v korozivní atmosféře. V souladu s tím výkonnost grafitových susceptorů přímo ovlivňuje účinnost epitaxe, rovnoměrnost epitaxe a konečný výtěžek hotových zařízení. Nanášení CVD SiC povlaku na grafitové susceptory se stalo hlavním průmyslovým řešením. Tento článek stručně rozvádí zdůvodnění tohoto návrhu.

Co se stane při použití nepotažených grafitových susceptorů?

Grafitje vynikajícím materiálem pro vysokoteplotní podporu, přesto má tři základní nevýhody, které se uvnitř MOCVD komor drasticky zhoršují:

1. Chemická koroze při vysokých teplotách

Procesy MOCVD zavádějí amoniak, vodík a kov-organické prekurzory. Když se grafit dostane do kontaktu s těmito plyny při téměř 1000 °C, vznikají uhlovodíky a dokonce i kyanovodík. To způsobuje kontinuální korozi povrchu grafitu s postupnou rozměrovou odchylkou a vedlejší produkty reakce kontaminují epitaxní vrstvu.

2. Odplynění nečistot z porézní struktury

Vzhledem k tomu, že grafit má přirozeně porézní strukturu, zbytkové kovové nečistoty, adsorbovaná vlhkost a kyslík z výroby se postupně uvolňují během opakovaných cyklů ohřevu. Každé uvolnění spouští kolísání koncentrace nečistot pozadí v epitaxní vrstvě, což vytvoří nevysvětlitelné defektní body viditelné na křivkách výtěžnosti.

3. Práškování a deformace při tepelném cyklování

Susceptory MOCVD procházejí denně několika cykly ohřevu a chlazení. Čistý grafit trpí sníženou vazebnou silou mezi povrchovými částicemi při opakovaném tepelném šoku, což má za následek uvolňování prášku. Uhlíkové částice padající na epitaxní destičky vedou ke smrtelné kontaminaci částicemi.

Stručně řečeno, nepotažené grafitové susceptory fungují jako nepředvídatelné „nečistotové bomby“, které nepřetržitě uvolňují kontaminanty uvnitř komor MOCVD.

Jaké výhody poskytuje CVD SiC povlak?

Jak se procesy výroby polovodičů posouvají k uzlům v nanometrovém a dokonce atomovém měřítku, stopové povrchové kontaminanty včetně částicových znečišťujících látek a kovových iontových nečistot budou degradovat nebo dokonce učiní konečná polovodičová zařízení zcela nefunkční. To klade mnohem přísnější požadavky na výkon grafitových susceptorů používaných v epitaxních procesech. Spoléhá na pokročilou technologii chemického nanášení par, rovnoměrně hustý povlak SiC nanesený na grafitové susceptory. Tento povlak působí jako robustní ochranný keramický pancíř a přináší následující klíčové výhody:

1. Spolehlivá fyzická ochrana

Povlak SiC plně izoluje grafitový základ od procesních atmosfér, zabraňuje kontaktu amoniaku a vodíku se základním grafitem a potlačuje chemické leptání. Mezitím jsou nečistoty zachycené uvnitř grafitové matrice utěsněny pod povlakem a nemohou se dostat do komory.

2. Ultra vysoká čistota

Čistota CVD SiC povlaků dosahuje čistoty na úrovni ppb (třída 9N, více než 99,999995 %), čímž výrazně předčí většinu grafitových materiálů. To znamená, že kontaminace oplatkyCVD SiC potažený grafitový susceptorpovrch je redukován na téměř zanedbatelnou úroveň.

3. Vynikající odolnost proti tepelným šokům

Susceptory MOCVD mají tendenci se poškozovat rychlými teplotními výkyvy. Prostřednictvím procesních úprav,CVD SiCpovlaky se mohou pevně spojit s grafitovými základy a přizpůsobit se koeficientu tepelné roztažnosti grafitu, čímž účinně snižují riziko praskání způsobeného extrémními změnami teploty.

4. Pozoruhodná odolnost proti oxidaci

Během prostředí s obsahem kyslíku pod 1600 °C se na povrchu povlaku grafitových susceptorů potažených CVD SiC přirozeně vytváří ultratenký ochranný film SiO₂. Tento povlak CVD SiC může zabránit další oxidaci, aby došlo k erozi vnitřních grafitových susceptorů, a působí jako poslední možnost i za extrémních okolností, jako je neplánované nasávání vzduchu během procesu.