Technologia oczyszczania grafitu w półprzewodniku SiC

Zastosowanie grafitu w półprzewodnikach SiC i znaczenie czystości

Grafitjest niezbędny do produkcji półprzewodników z węglika krzemu (SiC), znanych ze swoich wyjątkowych właściwości termicznych i elektrycznych. To sprawia, że ​​SiC idealnie nadaje się do zastosowań wymagających dużej mocy, wysokiej temperatury i wysokiej częstotliwości. W produkcji półprzewodników SiC,grafitjest powszechnie używanytygle, grzejniki i inne komponenty do obróbki wysokotemperaturowejdzięki doskonałej przewodności cieplnej, stabilności chemicznej i odporności na szok termiczny. Jednak skuteczność grafitu w tych rolach w dużym stopniu zależy od jego czystości. Zanieczyszczenia grafitu mogą powodować niepożądane defekty w kryształach SiC, pogarszać wydajność urządzeń półprzewodnikowych i zmniejszać ogólną wydajność procesu produkcyjnego. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na półprzewodniki SiC w branżach takich jak pojazdy elektryczne, energia odnawialna i telekomunikacja, zapotrzebowanie na ultraczysty grafit stało się coraz ważniejsze. Grafit o wysokiej czystości zapewnia spełnienie rygorystycznych wymagań jakościowych półprzewodników SiC, umożliwiając producentom wytwarzanie urządzeń o doskonałej wydajności i niezawodności. Dlatego też rozwój zaawansowanych metod oczyszczania w celu osiągnięcia ultrawysokiej czystości wgrafitjest niezbędne do wspierania nowej generacji technologii półprzewodników SiC.

Oczyszczanie fizykochemiczne

Ciągły postęp technologii oczyszczania oraz szybki rozwój technologii półprzewodników trzeciej generacji doprowadziły do ​​pojawienia się nowej metody oczyszczania grafitu zwanej oczyszczaniem fizykochemicznym. Ta metoda polega na umieszczeniuprodukty grafitowew piecu próżniowym do ogrzewania. Zwiększając próżnię w piecu, zanieczyszczenia w produktach grafitowych ulatniają się po osiągnięciu ciśnienia pary nasyconej. Dodatkowo gaz halogenowy służy do przekształcania tlenków o wysokiej temperaturze topnienia i wrzenia w zanieczyszczeniach grafitowych w halogenki o niskiej temperaturze topnienia i wrzenia, uzyskując pożądany efekt oczyszczania.

Produkty grafitowe o wysokiej czystościw przypadku półprzewodników trzeciej generacji węglik krzemu jest zwykle oczyszczany metodami fizycznymi i chemicznymi, przy wymaganiu czystości ≥99,9995%. Oprócz czystości istnieją szczególne wymagania dotyczące zawartości niektórych pierwiastków zanieczyszczeń, takich jak zawartość zanieczyszczeń B ≤0,05 × 10^-6 i zawartość zanieczyszczeń Al ≤0,05 ×10^-6.

Zwiększanie temperatury pieca i poziomu próżni prowadzi do automatycznego ulatniania się niektórych zanieczyszczeń w produktach grafitowych, osiągając w ten sposób usunięcie zanieczyszczeń. W przypadku pierwiastków zanieczyszczających wymagających usunięcia w wyższych temperaturach, stosuje się gaz halogenowy w celu przekształcenia ich w halogenki o niższych temperaturach topnienia i wrzenia. Dzięki połączeniu tych metod skutecznie usuwane są zanieczyszczenia grafitu.

Na przykład gazowy chlor z grupy halogenów wprowadza się podczas procesu oczyszczania w celu przekształcenia tlenków w zanieczyszczeniach grafitowych w chlorki. Dzięki znacznie niższym temperaturom topnienia i wrzenia chlorków w porównaniu do ich tlenków, zanieczyszczenia z grafitu można usunąć bez konieczności stosowania bardzo wysokich temperatur.

Proces oczyszczania

Przed oczyszczeniem produktów grafitowych o wysokiej czystości stosowanych w półprzewodnikach SiC trzeciej generacji, istotne jest określenie odpowiedniego planu procesu w oparciu o pożądaną czystość końcową, poziom określonych zanieczyszczeń oraz czystość początkową produktów grafitowych. Proces musi koncentrować się na selektywnym usuwaniu kluczowych pierwiastków, takich jak bor (B) i aluminium (Al). Plan oczyszczania formułowany jest poprzez ocenę początkowego i docelowego poziomu czystości, a także wymagań dla poszczególnych pierwiastków. Wiąże się to z wyborem optymalnego i najbardziej opłacalnego procesu oczyszczania, co obejmuje określenie parametrów gazu halogenowego, ciśnienia w piecu i temperatury procesu. Te dane procesowe są następnie wprowadzane do sprzętu oczyszczającego w celu przeprowadzenia procedury. Po oczyszczeniu przeprowadzane są niezależne badania w celu sprawdzenia zgodności z wymaganymi normami, a zakwalifikowane produkty dostarczane są do użytkownika końcowego.