Carburo de silicio (SiC)El material tiene las ventajas de una amplia banda prohibida, alta conductividad térmica, alta intensidad de campo de ruptura crítica y alta velocidad de deriva de electrones saturados, lo que lo hace muy prometedor en el campo de la fabricación de semiconductores. Los monocristales de SiC generalmente se producen mediante el método de transporte físico de vapor (PVT). Los pasos específicos de este método implican colocar polvo de SiC en el fondo de un crisol de grafito y colocar un cristal semilla de SiC en la parte superior del crisol. el grafitocrisolse calienta a la temperatura de sublimación del SiC, lo que hace que el polvo de SiC se descomponga en sustancias en fase vapor como vapor de Si, Si2C y SiC2. Bajo la influencia del gradiente de temperatura axial, estas sustancias vaporizadas se subliman hasta la parte superior del crisol y se condensan en la superficie del cristal semilla de SiC, cristalizando en monocristales de SiC.
Actualmente, el diámetro del cristal semilla utilizado enCrecimiento de monocristales de SiCdebe coincidir con el diámetro del cristal objetivo. Durante el crecimiento, el cristal de la semilla se fija al soporte de la semilla en la parte superior del crisol mediante adhesivo. Sin embargo, este método de fijación del cristal semilla puede provocar problemas como huecos en la capa adhesiva debido a factores como la precisión de la superficie del soporte de la semilla y la uniformidad del recubrimiento adhesivo, lo que puede dar como resultado defectos huecos hexagonales. Estos incluyen mejorar la planitud de la placa de grafito, aumentar la uniformidad del espesor de la capa adhesiva y agregar una capa amortiguadora flexible. A pesar de estos esfuerzos, todavía existen problemas con la densidad de la capa adhesiva y existe el riesgo de que se desprendan los cristales de semillas. Al adoptar el método de unión delobleaal papel grafito y superponiéndolo en la parte superior del crisol, se puede mejorar la densidad de la capa adhesiva y se puede evitar el desprendimiento de la oblea.
1. Esquema Experimental:
Las obleas utilizadas en el experimento están disponibles comercialmente.Obleas de SiC tipo N de 6 pulgadas. El fotorresistente se aplica mediante una recubridora giratoria. La adhesión se logra mediante un horno de prensado en caliente de semillas de desarrollo propio.
1.1 Esquema de fijación de cristales de semillas:
Actualmente, los esquemas de adhesión de cristales semilla de SiC se pueden dividir en dos categorías: tipo adhesivo y tipo suspensión.
Esquema de tipo de adhesivo (Figura 1): Esto implica unir eloblea de SiCa la placa de grafito con una capa de papel de grafito como capa amortiguadora para eliminar espacios entre losoblea de SiCy la placa de grafito. En la producción real, la fuerza de unión entre el papel de grafito y la placa de grafito es débil, lo que provoca un frecuente desprendimiento de los cristales de semillas durante el proceso de crecimiento a alta temperatura, lo que provoca un fracaso del crecimiento.
Esquema de tipo de suspensión (Figura 2): normalmente, se crea una película densa de carbono en la superficie de unión de la oblea de SiC mediante métodos de recubrimiento o carbonización con pegamento. Eloblea de SiCLuego se sujeta entre dos placas de grafito y se coloca en la parte superior del crisol de grafito, asegurando la estabilidad mientras la película de carbono protege la oblea. Sin embargo, crear la película de carbono mediante recubrimiento es costoso y no es adecuado para la producción industrial. El método de carbonización con pegamento produce una calidad de película de carbono inconsistente, lo que dificulta la obtención de una película de carbono perfectamente densa con una fuerte adhesión. Además, sujetar las placas de grafito reduce el área de crecimiento efectiva de la oblea al bloquear parte de su superficie.
Con base en los dos esquemas anteriores, se propone un nuevo esquema de adhesivo y superposición (Figura 3):
Se crea una película de carbono relativamente densa en la superficie de unión de la oblea de SiC utilizando el método de carbonización con pegamento, lo que garantiza que no haya grandes fugas de luz bajo iluminación.
La oblea de SiC cubierta con la película de carbono se une a papel de grafito, siendo la superficie de unión el lado de la película de carbono. La capa adhesiva debe aparecer uniformemente negra bajo la luz.
El papel de grafito se sujeta mediante placas de grafito y se suspende sobre el crisol de grafito para que crezcan los cristales.
1.2 Adhesivo:
La viscosidad del fotoprotector afecta significativamente la uniformidad del espesor de la película. A la misma velocidad de centrifugado, una menor viscosidad da como resultado películas adhesivas más finas y uniformes. Por lo tanto, se elige un fotoprotector de baja viscosidad dentro de los requisitos de la aplicación.
Durante el experimento, se descubrió que la viscosidad del adhesivo carbonizante afecta la fuerza de unión entre la película de carbono y la oblea. La alta viscosidad dificulta la aplicación uniforme utilizando una recubridora giratoria, mientras que la baja viscosidad da como resultado una fuerza de unión débil, lo que provoca el agrietamiento de la película de carbono durante los procesos de unión posteriores debido al flujo del adhesivo y la presión externa. A través de una investigación experimental, se determinó que la viscosidad del adhesivo carbonizante era de 100 mPa·s y la viscosidad del adhesivo de unión se ajustó a 25 mPa·s.
1.3 Vacío de trabajo:
El proceso de creación de la película de carbono en la oblea de SiC implica carbonizar la capa adhesiva en la superficie de la oblea de SiC, lo que debe realizarse en un ambiente protegido al vacío o con argón. Los resultados experimentales muestran que un entorno protegido con argón es más propicio para la creación de una película de carbono que un entorno de alto vacío. Si se utiliza un ambiente de vacío, el nivel de vacío debe ser ≤1 Pa.
El proceso de unión del cristal semilla de SiC implica unir la oblea de SiC a la placa de grafito/papel de grafito. Teniendo en cuenta el efecto erosivo del oxígeno sobre los materiales de grafito a altas temperaturas, este proceso debe realizarse en condiciones de vacío. Se estudió el impacto de diferentes niveles de vacío sobre la capa adhesiva. Los resultados experimentales se muestran en la Tabla 1. Se puede ver que en condiciones de bajo vacío, las moléculas de oxígeno en el aire no se eliminan por completo, lo que genera capas adhesivas incompletas. Cuando el nivel de vacío es inferior a 10 Pa, el efecto erosivo de las moléculas de oxígeno sobre la capa adhesiva se reduce significativamente. Cuando el nivel de vacío es inferior a 1 Pa, el efecto erosivo se elimina por completo.
Hora de publicación: 11 de junio de 2024