Technológia čistenia grafitu v SiC polovodičoch

Aplikácia grafitu v SiC polovodičoch a význam čistoty

Grafitje životne dôležitý pri výrobe polovodičov z karbidu kremíka (SiC), ktoré sú známe svojimi výnimočnými tepelnými a elektrickými vlastnosťami. Vďaka tomu je SiC ideálny pre vysokovýkonné, vysokoteplotné a vysokofrekvenčné aplikácie. Pri výrobe polovodičov SiC,grafitsa bežne používa natégliky, ohrievače a iné komponenty na spracovanie pri vysokej teplotevďaka svojej vynikajúcej tepelnej vodivosti, chemickej stabilite a odolnosti voči tepelným šokom. Účinnosť grafitu v týchto úlohách však do značnej miery závisí od jeho čistoty. Nečistoty v grafite môžu spôsobiť nežiaduce defekty v kryštáloch SiC, zhoršiť výkon polovodičových zariadení a znížiť celkový výťažok výrobného procesu. S rastúcim dopytom po SiC polovodičoch v priemyselných odvetviach, ako sú elektrické vozidlá, obnoviteľná energia a telekomunikácie, sa potreba ultračistého grafitu stala kritickejšou. Vysoko čistý grafit zaisťuje splnenie prísnych kvalitatívnych požiadaviek na SiC polovodiče, čo umožňuje výrobcom vyrábať zariadenia s vynikajúcim výkonom a spoľahlivosťou. Preto vývoj pokročilých metód čistenia na dosiahnutie ultra vysokej čistoty vgrafitje nevyhnutný pre podporu ďalšej generácie SiC polovodičových technológií.

Fyzikálnochemické čistenie

Neustály pokrok technológie čistenia a rýchly vývoj technológie polovodičov tretej generácie viedli k vzniku novej metódy čistenia grafitu známej ako fyzikálno-chemické čistenie. Táto metóda zahŕňa umiestneniegrafitové výrobkyvo vákuovej peci na ohrev. Zvýšením vákua v peci sa nečistoty v grafitových produktoch vyparia, keď dosiahnu svoj tlak nasýtených pár. Okrem toho sa halogénový plyn používa na premenu oxidov s vysokou teplotou topenia a teploty varu v nečistotách grafitu na halogenidy s nízkou teplotou topenia a teplotou varu, čím sa dosiahne požadovaný čistiaci účinok.

Vysoko čisté grafitové produktypre tretiu generáciu polovodičového karbidu kremíka sa zvyčajne čistí pomocou fyzikálnych a chemických metód s požiadavkou na čistotu ≥99,9995 %. Okrem čistoty existujú špecifické požiadavky na obsah určitých prvkov nečistôt, ako je obsah nečistôt B ≤0,05 × 10^-6 a obsah nečistôt Al ≤0,05 × 10^-6.

Zvýšenie teploty pece a úrovne vákua vedie k automatickému odparovaniu niektorých nečistôt v grafitových produktoch, čím sa dosiahne odstránenie nečistôt. Pre prvky nečistôt vyžadujúce na odstránenie vyššie teploty sa halogénový plyn používa na ich premenu na halogenidy s nižšími bodmi topenia a varu. Kombináciou týchto metód sa nečistoty v grafite účinne odstraňujú.

Napríklad plynný chlór z halogénovej skupiny sa zavádza počas procesu čistenia na premenu oxidov v grafitových nečistotách na chloridy. Vďaka výrazne nižším bodom topenia a varu chloridov v porovnaní s ich oxidmi je možné nečistoty v grafite odstrániť bez potreby veľmi vysokých teplôt.

Proces čistenia

Pred čistením vysoko čistých grafitových produktov používaných v SiC polovodičoch tretej generácie je nevyhnutné určiť vhodný procesný plán založený na požadovanej konečnej čistote, úrovniach špecifických nečistôt a počiatočnej čistote grafitových produktov. Proces sa musí zamerať na selektívne odstraňovanie kritických prvkov, ako je bór (B) a hliník (Al). Plán čistenia je formulovaný na základe hodnotenia počiatočnej a cieľovej úrovne čistoty, ako aj požiadaviek na špecifické prvky. To zahŕňa výber optimálneho a nákladovo najefektívnejšieho procesu čistenia, ktorý zahŕňa určenie parametrov halogénového plynu, tlaku v peci a procesnej teploty. Tieto procesné údaje sa potom vložia do čistiaceho zariadenia na vykonanie postupu. Po vyčistení sa vykoná testovanie treťou stranou na overenie súladu s požadovanými normami a kvalifikované produkty sa doručia koncovému používateľovi.