Καρβίδιο του πυριτίου (SiC)Το υλικό έχει τα πλεονεκτήματα του μεγάλου διάκενου ζώνης, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της υψηλής ισχύος πεδίου κρίσιμης διάσπασης και της υψηλής ταχύτητας μετατόπισης κορεσμένων ηλεκτρονίων, γεγονός που το καθιστά πολλά υποσχόμενο στον τομέα της κατασκευής ημιαγωγών. Οι μονοκρυστάλλοι SiC παράγονται γενικά μέσω της μεθόδου φυσικής μεταφοράς ατμών (PVT). Τα συγκεκριμένα βήματα αυτής της μεθόδου περιλαμβάνουν την τοποθέτηση σκόνης SiC στον πυθμένα ενός χωνευτηρίου γραφίτη και την τοποθέτηση ενός κρυστάλλου σπόρων SiC στην κορυφή του χωνευτηρίου. Ο γραφίτηςχωνευτήριοθερμαίνεται στη θερμοκρασία εξάχνωσης του SiC, προκαλώντας την αποσύνθεση της σκόνης SiC σε ουσίες φάσης ατμού όπως ατμός Si, Si2C και SiC2. Υπό την επίδραση της αξονικής βαθμίδας θερμοκρασίας, αυτές οι εξατμισμένες ουσίες εξαχνώνονται στην κορυφή του χωνευτηρίου και συμπυκνώνονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου των σπόρων SiC, κρυσταλλοποιώντας σε μονοκρυστάλλους SiC.
Επί του παρόντος, η διάμετρος του κρυστάλλου σπόρου που χρησιμοποιείται σεΑνάπτυξη μονοκρυστάλλου SiCπρέπει να ταιριάζει με τη διάμετρο του κρυστάλλου στόχου. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, ο κρύσταλλος του σπόρου στερεώνεται στη θήκη σπόρων στο πάνω μέρος του χωνευτηρίου με χρήση κόλλας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος στερέωσης του κρυστάλλου σπόρων μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα όπως κενά στο συγκολλητικό στρώμα λόγω παραγόντων όπως η ακρίβεια της επιφάνειας του συγκρατητήρα σπόρων και η ομοιομορφία της συγκολλητικής επικάλυψης, που μπορεί να οδηγήσει σε ελαττώματα εξαγωνικού κενού. Αυτά περιλαμβάνουν τη βελτίωση της επιπεδότητας της πλάκας γραφίτη, την αύξηση της ομοιομορφίας του πάχους του στρώματος κόλλας και την προσθήκη ενός εύκαμπτου στρώματος ρυθμιστικού. Παρά αυτές τις προσπάθειες, εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα με την πυκνότητα του συγκολλητικού στρώματος και υπάρχει κίνδυνος αποκόλλησης κρυστάλλων σπόρων. Υιοθετώντας τη μέθοδο συγκόλλησης τουόστιασε χαρτί γραφίτη και επικάλυψη του στην κορυφή του χωνευτηρίου, μπορεί να βελτιωθεί η πυκνότητα του συγκολλητικού στρώματος και να αποτραπεί η αποκόλληση της γκοφρέτας.
1. Πειραματικό Σχέδιο:
Οι γκοφρέτες που χρησιμοποιούνται στο πείραμα διατίθενται στο εμπόριοΓκοφρέτες SiC τύπου N 6 ιντσών. Εφαρμόζεται φωτοανθεκτικό με χρήση spin coater. Η συγκόλληση επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός φούρνου θερμής έκθλιψης σπόρων που αναπτύσσεται μόνος του.
1.1 Σχέδιο στερέωσης κρυστάλλων σπόρων:
Επί του παρόντος, τα σχήματα προσκόλλησης κρυστάλλων σπόρων SiC μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: τύπο κόλλας και τύπο αιωρήματος.
Σχέδιο τύπου κόλλας (Εικόνα 1): Αυτό περιλαμβάνει τη συγκόλληση τουΓκοφρέτα SiCστην πλάκα γραφίτη με ένα στρώμα χαρτιού γραφίτη ως ρυθμιστικό στρώμα για την εξάλειψη των κενών μεταξύ τουΓκοφρέτα SiCκαι η πλάκα γραφίτη. Στην πραγματική παραγωγή, η ισχύς συγκόλλησης μεταξύ του χαρτιού γραφίτη και της πλάκας γραφίτη είναι ασθενής, οδηγώντας σε συχνή αποκόλληση κρυστάλλων σπόρων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης σε υψηλή θερμοκρασία, με αποτέλεσμα την αποτυχία της ανάπτυξης.
Σχήμα τύπου αιωρήματος (Εικόνα 2): Συνήθως, δημιουργείται μια πυκνή μεμβράνη άνθρακα στην επιφάνεια συγκόλλησης της γκοφρέτας SiC χρησιμοποιώντας μεθόδους ενανθράκωσης κόλλας ή επίστρωσης. ΟΓκοφρέτα SiCστη συνέχεια σφίγγεται μεταξύ δύο πλακών γραφίτη και τοποθετείται στην κορυφή του χωνευτηρίου γραφίτη, εξασφαλίζοντας σταθερότητα ενώ η μεμβράνη άνθρακα προστατεύει τη γκοφρέτα. Ωστόσο, η δημιουργία του φιλμ άνθρακα μέσω της επίστρωσης είναι δαπανηρή και δεν είναι κατάλληλη για βιομηχανική παραγωγή. Η μέθοδος ενανθράκωσης κόλλας αποδίδει ασυνεπή ποιότητα φιλμ άνθρακα, καθιστώντας δύσκολη την απόκτηση μιας τέλειας πυκνής μεμβράνης άνθρακα με ισχυρή πρόσφυση. Επιπλέον, η σύσφιξη των πλακών γραφίτη μειώνει την αποτελεσματική περιοχή ανάπτυξης της γκοφρέτας φράζοντας μέρος της επιφάνειάς της.
Με βάση τα δύο παραπάνω σχήματα, προτείνεται ένα νέο σχήμα κόλλας και επικάλυψης (Εικόνα 3):
Μια σχετικά πυκνή μεμβράνη άνθρακα δημιουργείται στην επιφάνεια συγκόλλησης της γκοφρέτας SiC χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ενανθράκωσης κόλλας, διασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχει μεγάλη διαρροή φωτός κάτω από το φωτισμό.
Η γκοφρέτα SiC που καλύπτεται με το φιλμ άνθρακα είναι κολλημένη σε χαρτί γραφίτη, με την επιφάνεια συγκόλλησης να είναι η πλευρά της μεμβράνης άνθρακα. Το συγκολλητικό στρώμα πρέπει να φαίνεται ομοιόμορφα μαύρο κάτω από το φως.
Το χαρτί γραφίτη συσφίγγεται με πλάκες γραφίτη και αιωρείται πάνω από το χωνευτήριο γραφίτη για ανάπτυξη κρυστάλλων.
1.2 Κόλλα:
Το ιξώδες του φωτοανθεκτικού επηρεάζει σημαντικά την ομοιομορφία του πάχους του φιλμ. Με την ίδια ταχύτητα στυψίματος, το χαμηλότερο ιξώδες έχει ως αποτέλεσμα λεπτότερες και πιο ομοιόμορφες συγκολλητικές μεμβράνες. Επομένως, επιλέγεται ένα φωτοανθεκτικό χαμηλού ιξώδους σύμφωνα με τις απαιτήσεις εφαρμογής.
Κατά τη διάρκεια του πειράματος, διαπιστώθηκε ότι το ιξώδες της ανθρακοποιητικής κόλλας επηρεάζει την αντοχή συγκόλλησης μεταξύ της μεμβράνης άνθρακα και της γκοφρέτας. Το υψηλό ιξώδες καθιστά δύσκολη την ομοιόμορφη εφαρμογή με χρήση περιστροφικής επίστρωσης, ενώ το χαμηλό ιξώδες έχει ως αποτέλεσμα ασθενή ισχύ συγκόλλησης, οδηγώντας σε ρωγμές μεμβράνης άνθρακα κατά τις επόμενες διαδικασίες συγκόλλησης λόγω ροής κόλλας και εξωτερικής πίεσης. Μέσω πειραματικής έρευνας, το ιξώδες της κόλλας ενανθράκωσης προσδιορίστηκε σε 100 mPa·s και το ιξώδες συγκολλητικού συγκολλητικού ορίστηκε στα 25 mPa·s.
1.3 Κενό εργασίας:
Η διαδικασία δημιουργίας της μεμβράνης άνθρακα στη γκοφρέτα SiC περιλαμβάνει την ενανθράκωση της συγκολλητικής στρώσης στην επιφάνεια της πλακέτας SiC, η οποία πρέπει να εκτελεστεί σε περιβάλλον κενού ή προστατευμένου από αργό. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ένα περιβάλλον που προστατεύεται από αργό είναι πιο ευνοϊκό για τη δημιουργία φιλμ άνθρακα από ένα περιβάλλον υψηλού κενού. Εάν χρησιμοποιείται περιβάλλον κενού, το επίπεδο κενού πρέπει να είναι ≤1 Pa.
Η διαδικασία συγκόλλησης του κρυστάλλου των σπόρων SiC περιλαμβάνει τη συγκόλληση της γκοφρέτας SiC στην πλάκα γραφίτη/χαρτί γραφίτη. Λαμβάνοντας υπόψη τη διαβρωτική επίδραση του οξυγόνου σε υλικά γραφίτη σε υψηλές θερμοκρασίες, αυτή η διαδικασία πρέπει να διεξάγεται υπό συνθήκες κενού. Μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικών επιπέδων κενού στο συγκολλητικό στρώμα. Τα πειραματικά αποτελέσματα φαίνονται στον Πίνακα 1. Μπορεί να φανεί ότι υπό συνθήκες χαμηλού κενού, τα μόρια οξυγόνου στον αέρα δεν απομακρύνονται πλήρως, οδηγώντας σε ελλιπή συγκολλητικά στρώματα. Όταν το επίπεδο κενού είναι κάτω από 10 Pa, η διαβρωτική επίδραση των μορίων οξυγόνου στο συγκολλητικό στρώμα μειώνεται σημαντικά. Όταν το επίπεδο κενού είναι κάτω από 1 Pa, η διαβρωτική επίδραση εξαλείφεται εντελώς.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-11-2024