સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગમાં SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સની નિર્ણાયક ભૂમિકા અને એપ્લિકેશન કેસો

સેમીસેરા સેમિકન્ડક્ટર વૈશ્વિક સ્તરે સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ સાધનો માટે મુખ્ય ઘટકોનું ઉત્પાદન વધારવાની યોજના ધરાવે છે. 2027 સુધીમાં, અમારું લક્ષ્ય 70 મિલિયન યુએસડીના કુલ રોકાણ સાથે 20,000 ચોરસ મીટરની નવી ફેક્ટરી સ્થાપિત કરવાનું છે. અમારા મુખ્ય ઘટકોમાંથી એક, ધસિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) વેફર કેરિયર, જેને સસેપ્ટર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ જોવા મળી છે. તો, આ ટ્રે બરાબર શું છે જે વેફર ધરાવે છે?

વેફર ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, ઉપકરણો બનાવવા માટે ચોક્કસ વેફર સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ સ્તરો બાંધવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, GaAs એપિટેક્સિયલ સ્તરો LED ઉપકરણો માટે સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ્સ પર તૈયાર કરવામાં આવે છે, SiC એપિટેક્સિયલ સ્તરો SBDs અને MOSFETs જેવા પાવર એપ્લિકેશન્સ માટે વાહક SiC સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવે છે, અને GaN એપિટાક્સિયલ સ્તરો આરએફએમટી એપ્લિકેશન્સ માટે અર્ધ-ઇન્સ્યુલેટિંગ SiC સબસ્ટ્રેટ પર બનાવવામાં આવે છે. . આ પ્રક્રિયા પર ભારે આધાર રાખે છેરાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD)સાધનસામગ્રી

CVD સાધનોમાં, ગેસના પ્રવાહ (આડા, વર્ટિકલ), તાપમાન, દબાણ, સ્થિરતા અને દૂષણ જેવા વિવિધ પરિબળોને કારણે સબસ્ટ્રેટને સીધા ધાતુ પર અથવા એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશન માટે સરળ આધાર પર મૂકી શકાતા નથી. તેથી, સબસ્ટ્રેટને મૂકવા માટે સસેપ્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે CVD તકનીકનો ઉપયોગ કરીને એપિટેક્સિયલ ડિપોઝિશનને સક્ષમ કરે છે. આ સસેપ્ટર છેSiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર.

SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સ સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટને ટેકો આપવા અને ગરમ કરવા માટે સામાન્ય રીતે મેટલ-ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD) સાધનોમાં વપરાય છે. ની થર્મલ સ્થિરતા અને એકરૂપતા SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સએપિટેક્સિયલ સામગ્રીની વૃદ્ધિ ગુણવત્તા માટે નિર્ણાયક છે, જે તેમને MOCVD સાધનો (અગ્રણી MOCVD સાધનો કંપનીઓ જેમ કે Veeco અને Aixtron) નું મુખ્ય ઘટક બનાવે છે. હાલમાં, MOCVD ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ તેની સરળતા, નિયંત્રણક્ષમ વૃદ્ધિ દર અને ઉચ્ચ શુદ્ધતાને કારણે વાદળી LEDs માટે GaN ફિલ્મોના એપિટાક્સિયલ વૃદ્ધિમાં વ્યાપકપણે થાય છે. MOCVD રિએક્ટરના આવશ્યક ભાગ તરીકે, ધGaN ફિલ્મ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ માટે સસેપ્ટરઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર, સમાન થર્મલ વાહકતા, રાસાયણિક સ્થિરતા અને મજબૂત થર્મલ આંચકો પ્રતિકાર હોવો આવશ્યક છે. ગ્રેફાઇટ આ જરૂરિયાતોને સંપૂર્ણ રીતે પૂર્ણ કરે છે.

MOCVD સાધનોના મુખ્ય ઘટક તરીકે, ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટને ટેકો આપે છે અને તેને ગરમ કરે છે, જે ફિલ્મ સામગ્રીની એકરૂપતા અને શુદ્ધતાને સીધી અસર કરે છે. તેની ગુણવત્તા એપિટેક્સિયલ વેફરની તૈયારી પર સીધી અસર કરે છે. જો કે, વપરાશમાં વધારો અને વિવિધ કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓ સાથે, ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સ સરળતાથી ઘસાઈ જાય છે અને તેને ઉપભોજ્ય ગણવામાં આવે છે.

MOCVD સસેપ્ટર્સનીચેની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવા માટે ચોક્કસ કોટિંગ લાક્ષણિકતાઓ હોવી જરૂરી છે:

• - સારું કવરેજ:કોટિંગે ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટરને ઉચ્ચ ઘનતા સાથે સંપૂર્ણપણે આવરી લેવું જોઈએ જેથી કાટ લાગતા વાયુ વાતાવરણમાં કાટ ન લાગે.
• - ઉચ્ચ બંધન શક્તિ:કોટિંગને છાલ ઉતાર્યા વિના બહુવિધ ઉચ્ચ-તાપમાન અને નીચા-તાપમાન ચક્રનો સામનો કરીને, ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર સાથે મજબૂત રીતે બંધાયેલ હોવું જોઈએ.
• - રાસાયણિક સ્થિરતા:ઉચ્ચ-તાપમાન અને કાટ લાગતા વાતાવરણમાં નિષ્ફળતા ટાળવા માટે કોટિંગ રાસાયણિક રીતે સ્થિર હોવી જોઈએ.

SiC, તેના કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, થર્મલ શોક પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ રાસાયણિક સ્થિરતા સાથે, GaN એપિટેક્સિયલ વાતાવરણમાં સારું પ્રદર્શન કરે છે. વધુમાં, SiC નો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક ગ્રેફાઇટ જેવો જ છે, જે SiC ને ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર કોટિંગ્સ માટે પસંદગીની સામગ્રી બનાવે છે.

હાલમાં, SiC ના સામાન્ય પ્રકારોમાં 3C, 4H અને 6H નો સમાવેશ થાય છે, જે દરેક વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, 4H-SiC ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઉપકરણોનું ઉત્પાદન કરી શકે છે, 6H-SiC સ્થિર છે અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જ્યારે 3C-SiC બંધારણમાં GaN જેવું જ છે, જે તેને GaN એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉત્પાદન અને SiC-GaN RF ઉપકરણો માટે યોગ્ય બનાવે છે. 3C-SiC, જેને β-SiC તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ફિલ્મ અને કોટિંગ સામગ્રી તરીકે થાય છે, જે તેને કોટિંગ્સ માટે પ્રાથમિક સામગ્રી બનાવે છે.

તૈયાર કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ છેSiC કોટિંગ્સ, સોલ-જેલ, એમ્બેડિંગ, બ્રશિંગ, પ્લાઝ્મા સ્પ્રેઇંગ, કેમિકલ વેપર રિએક્શન (CVR), અને રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD) સહિત.

આ પૈકી, એમ્બેડિંગ પદ્ધતિ એ ઉચ્ચ-તાપમાનની ઘન-તબક્કાની સિન્ટરિંગ પ્રક્રિયા છે. ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટને Si અને C પાવડર ધરાવતા એમ્બેડિંગ પાવડરમાં મૂકીને અને નિષ્ક્રિય ગેસ વાતાવરણમાં સિન્ટરિંગ કરવાથી, ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ પર SiC કોટિંગ રચાય છે. આ પદ્ધતિ સરળ છે, અને કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે સારી રીતે જોડાય છે. જો કે, કોટિંગમાં જાડાઈ એકરૂપતા નથી અને તેમાં છિદ્રો હોઈ શકે છે, જે નબળા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર તરફ દોરી જાય છે.

સ્પ્રે કોટિંગ પદ્ધતિ

સ્પ્રે કોટિંગ પદ્ધતિમાં પ્રવાહી કાચી સામગ્રીને ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર છાંટવામાં આવે છે અને કોટિંગ બનાવવા માટે તેમને ચોક્કસ તાપમાને મટાડવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક છે પરંતુ તે કોટિંગ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે નબળા બંધનમાં પરિણમે છે, નબળી કોટિંગ એકરૂપતા અને ઓછા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર સાથે પાતળા કોટિંગ્સમાં સહાયક પદ્ધતિઓની જરૂર પડે છે.

આયન બીમ છાંટવાની પદ્ધતિ

આયન બીમ છાંટવામાં આયન બીમ બંદૂકનો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર પીગળેલી અથવા આંશિક રીતે પીગળેલી સામગ્રીને સ્પ્રે કરવા માટે કરવામાં આવે છે, જે ઘનકરણ પર કોટિંગ બનાવે છે. આ પદ્ધતિ સરળ છે અને ગાઢ SiC કોટિંગ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. જો કે, પાતળા કોટિંગ્સમાં નબળા ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર હોય છે, જેનો ઉપયોગ ગુણવત્તા સુધારવા માટે ઘણીવાર SiC સંયુક્ત કોટિંગ માટે થાય છે.

સોલ-જેલ પદ્ધતિ

સોલ-જેલ પદ્ધતિમાં એક સમાન, પારદર્શક સોલ સોલ્યુશન તૈયાર કરવું, સબસ્ટ્રેટની સપાટીને આવરી લેવી અને સૂકવણી અને સિન્ટરિંગ પછી કોટિંગ મેળવવાનો સમાવેશ થાય છે. આ પદ્ધતિ સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક છે પરંતુ તેના વ્યાપક ઉપયોગને મર્યાદિત કરીને, નીચા થર્મલ આંચકા પ્રતિકાર અને ક્રેકીંગ માટે સંવેદનશીલતા સાથે કોટિંગ્સમાં પરિણમે છે.

કેમિકલ વેપર રિએક્શન (CVR)

SiO વરાળ પેદા કરવા માટે CVR ઊંચા તાપમાને Si અને SiO2 પાવડરનો ઉપયોગ કરે છે, જે કાર્બન મટિરિયલ સબસ્ટ્રેટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને SiC કોટિંગ બનાવે છે. પરિણામી SiC કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે ચુસ્તપણે બંધાયેલ છે, પરંતુ પ્રક્રિયા માટે ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા તાપમાન અને ખર્ચની જરૂર છે.

રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD)

સીવીડી એ SiC કોટિંગ્સ તૈયાર કરવા માટેની પ્રાથમિક તકનીક છે. તેમાં ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર ગેસ-તબક્કાની પ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જ્યાં કાચો માલ ભૌતિક અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે, જે SiC કોટિંગ તરીકે જમા થાય છે. CVD ચુસ્તપણે બંધાયેલા SiC કોટિંગ્સ ઉત્પન્ન કરે છે જે સબસ્ટ્રેટના ઓક્સિડેશન અને એબ્લેશન પ્રતિકારને વધારે છે. જો કે, CVD નો જમાવટનો સમય લાંબો છે અને તેમાં ઝેરી વાયુઓ સામેલ હોઈ શકે છે.

બજારની સ્થિતિ

SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર માર્કેટમાં, વિદેશી ઉત્પાદકો નોંધપાત્ર લીડ અને ઉચ્ચ બજાર હિસ્સો ધરાવે છે. સેમિસેરાએ ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટ પર સમાન SiC કોટિંગ વૃદ્ધિ માટેની મુખ્ય તકનીકો પર કાબુ મેળવ્યો છે, જે ઉકેલો પૂરા પાડે છે જે થર્મલ વાહકતા, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, જડતા, જાળીની ખામીઓ અને અન્ય ગુણવત્તા સમસ્યાઓને સંબોધિત કરે છે, MOCVD સાધનોની જરૂરિયાતોને પૂર્ણપણે પૂરી કરે છે.

ભાવિ આઉટલુક

ચીનનો સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ ઝડપથી વિકાસ કરી રહ્યો છે, જેમાં MOCVD એપિટેક્સિયલ સાધનોના સ્થાનિકીકરણ અને વિસ્તરણ એપ્લિકેશન્સ સાથે. SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર માર્કેટ ઝડપથી વધવાની અપેક્ષા છે.

નિષ્કર્ષ

સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર સાધનોમાં નિર્ણાયક ઘટક તરીકે, મુખ્ય ઉત્પાદન તકનીકમાં નિપુણતા અને SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સનું સ્થાનિકીકરણ એ ચીનના સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે વ્યૂહાત્મક રીતે મહત્વપૂર્ણ છે. સ્થાનિક SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર ક્ષેત્ર સમૃદ્ધ છે, ઉત્પાદનની ગુણવત્તા આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે પહોંચે છે.સેમીસેરાઆ ક્ષેત્રમાં અગ્રણી સપ્લાયર બનવા માટે પ્રયત્નશીલ છે.