Grafiitin puhdistustekniikka piikarbidin puolijohteessa

Grafiitin käyttö piikarbidin puolijohteissa ja puhtauden merkitys

Grafiittion elintärkeä piikarbidin (SiC) puolijohteiden valmistuksessa, jotka tunnetaan poikkeuksellisista lämpö- ja sähköominaisuuksistaan. Tämä tekee piikarbidista ihanteellisen suuritehoisiin, korkean lämpötilan ja korkeataajuisiin sovelluksiin. SiC-puolijohteiden valmistuksessa,grafiittikäytetään yleisestiupokkaat, lämmittimet ja muut korkean lämpötilan käsittelykomponentiterinomaisen lämmönjohtavuutensa, kemiallisen stabiiliuutensa ja lämpösokkien kestävyyden ansiosta. Grafiitin tehokkuus näissä rooleissa riippuu kuitenkin suuresti sen puhtaudesta. Grafiitin epäpuhtaudet voivat aiheuttaa ei-toivottuja vikoja piikarbidikiteissä, heikentää puolijohdelaitteiden suorituskykyä ja vähentää valmistusprosessin kokonaissaantoa. Kun piikarbidipuolijohteiden kysyntä kasvaa sähköajoneuvojen, uusiutuvan energian ja televiestinnän kaltaisilla aloilla, erittäin puhtaan grafiitin tarve on tullut kriittisemmäksi. Erittäin puhdas grafiitti varmistaa, että piikarbidipuolijohteiden tiukat laatuvaatimukset täyttyvät, mikä antaa valmistajille mahdollisuuden tuottaa laitteita, joilla on erinomainen suorituskyky ja luotettavuus. Siksi kehittyneiden puhdistusmenetelmien kehittäminen erittäin korkean puhtauden saavuttamiseksigrafiittion välttämätön seuraavan sukupolven piikarbidipuolijohdeteknologioiden tukemiseksi.

Fysikaalis-kemiallinen puhdistus

Puhdistustekniikan jatkuva kehitys ja kolmannen sukupolven puolijohdeteknologian nopea kehitys ovat johtaneet uuden grafiitin puhdistusmenetelmän, fysikaalis-kemiallisen puhdistuksen, syntymiseen. Tämä menetelmä sisältää sijoittamisengrafiittituotteettyhjiöuunissa lämmitykseen. Lisäämällä tyhjiötä uunissa grafiittituotteissa olevat epäpuhtaudet haihtuvat, kun ne saavuttavat kylläisen höyryn paineensa. Lisäksi halogeenikaasua käytetään muuttamaan korkeassa sulamis- ja kiehumispisteessä olevat oksidit grafiittiepäpuhtauksissa matalan sulamis- ja kiehumispisteen halogenideiksi, jolloin saavutetaan haluttu puhdistusvaikutus.

Erittäin puhtaat grafiittituotteetkolmannen sukupolven puolijohteiden piikarbidi puhdistetaan tyypillisesti fysikaalisilla ja kemiallisilla menetelmillä puhtausvaatimuksen ollessa ≥ 99,9995 %. Puhtauden lisäksi tiettyjen epäpuhtausalkuaineiden pitoisuudelle asetetaan erityisiä vaatimuksia, kuten B-epäpuhtauspitoisuus ≤0,05 × 10^-6 ja Al-epäpuhtauspitoisuus ≤0,05 × 10^-6.

Uunin lämpötilan ja alipainetason nostaminen johtaa joidenkin grafiittituotteiden epäpuhtauksien automaattiseen haihtumiseen, jolloin saadaan aikaan epäpuhtauksien poisto. Epäpuhtaudet, jotka vaativat korkeampia lämpötiloja poistoon, käytetään halogeenikaasua muuttamaan ne halogenideiksi, joilla on alhaisemmat sulamis- ja kiehumispisteet. Näiden menetelmien yhdistelmällä grafiitin epäpuhtaudet poistetaan tehokkaasti.

Esimerkiksi kloorikaasua halogeeniryhmästä johdetaan puhdistusprosessin aikana muuttamaan grafiittiepäpuhtauksissa olevat oksidit klorideiksi. Koska kloridien sulamis- ja kiehumispisteet ovat huomattavasti alhaisemmat verrattuna niiden oksideihin, grafiitin epäpuhtaudet voidaan poistaa ilman erittäin korkeita lämpötiloja.

Puhdistusprosessi

Ennen kuin puhdistat kolmannen sukupolven piikarbidipuolijohteissa käytettyjä erittäin puhtaita grafiittituotteita, on tärkeää määrittää asianmukainen prosessisuunnitelma, joka perustuu haluttuun lopulliseen puhtauteen, tiettyjen epäpuhtauksien määrään ja grafiittituotteiden alkuperäiseen puhtauteen. Prosessin on keskityttävä kriittisten elementtien, kuten boorin (B) ja alumiinin (Al), selektiiviseen poistamiseen. Puhdistussuunnitelma laaditaan arvioimalla lähtö- ja tavoitepuhtaustasot sekä tiettyjen alkuaineiden vaatimukset. Tämä edellyttää optimaalisen ja kustannustehokkaimman puhdistusprosessin valitsemista, joka sisältää halogeenikaasun, uunin paineen ja prosessin lämpötilaparametrien määrittämisen. Nämä prosessitiedot syötetään sitten puhdistuslaitteistoon toimenpiteen suorittamiseksi. Puhdistuksen jälkeen suoritetaan kolmannen osapuolen testaus vaadittujen standardien noudattamisen varmistamiseksi, ja pätevät tuotteet toimitetaan loppukäyttäjälle.