SiC-coated graphite susceptor کیا ہے؟

شکل 1.SiC-کوٹیڈ گریفائٹ سسپٹر

1. ایپیٹیکسیل پرت اور اس کا سامان

ویفر مینوفیکچرنگ کے عمل کے دوران، ہمیں آلات کی تیاری میں سہولت فراہم کرنے کے لیے کچھ ویفر سبسٹریٹس پر مزید ایک ایپیٹیکسیل تہہ بنانے کی ضرورت ہے۔ Epitaxy سے مراد ایک واحد کرسٹل سبسٹریٹ پر ایک نیا سنگل کرسٹل اگانے کا عمل ہے جسے کاٹنے، پیسنے اور پالش کرکے احتیاط سے عمل میں لایا گیا ہے۔ نیا سنگل کرسٹل سبسٹریٹ جیسا ہی مواد ہوسکتا ہے، یا ایک مختلف مواد (ہوموپیٹاکسیل یا ہیٹروپیٹاکسیل)۔ چونکہ نئی واحد کرسٹل پرت سبسٹریٹ کرسٹل مرحلے کے ساتھ بڑھتی ہے، اس لیے اسے ایپیٹیکسیل پرت کہا جاتا ہے، اور ڈیوائس کی تیاری ایپیٹیکسیل پرت پر کی جاتی ہے۔ 

مثال کے طور پر، aGaAs epitaxialایل ای ڈی روشنی خارج کرنے والے آلات کے لیے سلکان سبسٹریٹ پر تہہ تیار کی جاتی ہے۔ aایس سی ایپیٹیکسیلبجلی کی ایپلی کیشنز میں SBD، MOSFET اور دیگر آلات کی تعمیر کے لیے ایک conductive SiC سبسٹریٹ پر پرت اگائی جاتی ہے۔ ریڈیو فریکوینسی ایپلی کیشنز جیسے مواصلات میں HEMT جیسے آلات کو مزید تیار کرنے کے لیے ایک GaN ایپیٹیکسیل پرت نیم موصل سی سی سبسٹریٹ پر بنائی جاتی ہے۔ پیرامیٹرز جیسے SiC ایپیٹیکسیل مواد کی موٹائی اور بیک گراؤنڈ کیریئر ارتکاز براہ راست SiC آلات کی مختلف برقی خصوصیات کا تعین کرتے ہیں۔ اس عمل میں، ہم کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) آلات کے بغیر نہیں کر سکتے۔

شکل 2. ایپیٹیکسیل فلم کی ترقی کے طریقے

2. CVD آلات میں SiC لیپت گریفائٹ سسپٹر کی اہمیت

CVD سازوسامان میں، ہم سبسٹریٹ کو براہ راست دھات پر یا صرف اپیٹیکسیل جمع کرنے کے لیے بنیاد پر نہیں رکھ سکتے، کیونکہ اس میں گیس کے بہاؤ کی سمت (افقی، عمودی)، درجہ حرارت، دباؤ، فکسیشن اور آلودگی جیسے بہت سے عوامل شامل ہوتے ہیں۔ لہذا، ہمیں ایک susceptor استعمال کرنے کی ضرورت ہے(ویفر کیریئر) سبسٹریٹ کو ٹرے پر رکھنے کے لیے اور اس پر ایپیٹیکسیل جمع کرنے کے لیے CVD ٹیکنالوجی کا استعمال کریں۔ یہ susceptor SiC-coated graphite susceptor ہے (جسے ٹرے بھی کہا جاتا ہے)۔

2.1 MOCVD آلات میں SiC لیپت گریفائٹ سسپٹر کا اطلاق

ایس سی لیپت گریفائٹ سسپٹر میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔دھاتی نامیاتی کیمیائی بخارات جمع کرنے کا سامان (MOCVD)سنگل کرسٹل سبسٹریٹس کو سپورٹ اور گرم کرنا۔ اس سسپٹر کا تھرمل استحکام اور تھرمل یکسانیت ایپیٹیکسیل مواد کے معیار کے لیے اہم ہے، اس لیے اسے MOCVD آلات میں ایک ناگزیر بنیادی جزو سمجھا جاتا ہے۔ میٹل آرگینک کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (MOCVD) ٹیکنالوجی فی الحال نیلی ایل ای ڈی میں GaN پتلی فلموں کی افزائشی نمو میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے کیونکہ اس میں سادہ آپریشن، قابل کنٹرول شرح نمو اور اعلی پاکیزگی کے فوائد ہیں۔

MOCVD آلات میں بنیادی اجزاء میں سے ایک کے طور پر، Vetek سیمی کنڈکٹر گریفائٹ سسپٹر سنگل کرسٹل سبسٹریٹس کو سپورٹ کرنے اور گرم کرنے کے لیے ذمہ دار ہے، جو کہ پتلی فلمی مواد کی یکسانیت اور پاکیزگی کو براہ راست متاثر کرتا ہے، اور اس طرح ایپیٹیکسیل ویفرز کی تیاری کے معیار سے متعلق ہے۔ جیسے جیسے استعمال کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے اور کام کرنے والے ماحول میں تبدیلی آتی ہے، گریفائٹ سسپٹر پہننے کا خطرہ ہوتا ہے اور اس لیے اسے قابل استعمال کے طور پر درجہ بندی کیا جاتا ہے۔

2.2 ایس آئی سی لیپت گریفائٹ سسپٹر کی خصوصیات

MOCVD آلات کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، گریفائٹ سسپٹر کے لیے درکار کوٹنگ میں درج ذیل معیارات کو پورا کرنے کے لیے مخصوص خصوصیات ہونی چاہئیں:

✔ اچھی کوریج: SiC کوٹنگ کو مکمل طور پر سسپٹر کو ڈھانپنا چاہیے اور اس میں اعلی درجے کی کثافت ہونی چاہیے تاکہ سنکنرن گیس کے ماحول میں نقصان کو روکا جا سکے۔

✔ اعلی بانڈنگ طاقت: کوٹنگ کو سسپٹر کے ساتھ مضبوطی سے جوڑا جانا چاہئے اور متعدد اعلی درجہ حرارت اور کم درجہ حرارت کے چکروں کے بعد گرنا آسان نہیں ہے۔

✔  اچھا کیمیائی استحکام: اعلی درجہ حرارت اور سنکنرن ماحول میں ناکامی سے بچنے کے لیے کوٹنگ میں اچھی کیمیائی استحکام ہونا ضروری ہے۔

2.3 گریفائٹ اور سلکان کاربائیڈ مواد کو ملانے میں مشکلات اور چیلنجز

سلکان کاربائیڈ (SiC) اپنے فوائد جیسے سنکنرن مزاحمت، اعلی تھرمل چالکتا، تھرمل جھٹکا مزاحمت اور اچھی کیمیائی استحکام کی وجہ سے GaN ایپیٹیکسیل ماحول میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک گریفائٹ سے ملتا جلتا ہے، جو اسے گریفائٹ سسپٹر کوٹنگز کے لیے ترجیحی مواد بناتا ہے۔

تاہم، سب کے بعد،گریفائٹاورسلکان کاربائیڈدو مختلف مواد ہیں، اور اب بھی ایسے حالات ہوں گے جہاں کوٹنگ کی سروس کی زندگی مختصر ہو، گرنا آسان ہو، اور مختلف تھرمل ایکسپینشن گتانکوں کی وجہ سے لاگت میں اضافہ ہو۔ 

3. ایس سی کوٹنگ ٹیکنالوجی

3.1 SiC کی عام اقسام

اس وقت، SiC کی عام اقسام میں 3C، 4H اور 6H شامل ہیں، اور SiC کی مختلف اقسام مختلف مقاصد کے لیے موزوں ہیں۔ مثال کے طور پر، 4H-SiC ہائی پاور ڈیوائسز بنانے کے لیے موزوں ہے، 6H-SiC نسبتاً مستحکم ہے اور اسے آپٹو الیکٹرانک ڈیوائسز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، اور 3C-SiC کو GaN ایپیٹیکسیل پرتوں کی تیاری اور SiC-GaN RF ڈیوائسز بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کی ساخت GaN سے ملتی جلتی ہے۔ 3C-SiC کو عام طور پر β-SiC بھی کہا جاتا ہے، جو بنیادی طور پر پتلی فلموں اور کوٹنگ مواد کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ لہذا، β-SiC فی الحال ملعمع کاری کے لیے اہم مواد میں سے ایک ہے۔

3.2سلیکن کاربائیڈ کوٹنگتیاری کا طریقہ

سلکان کاربائیڈ کوٹنگز کی تیاری کے لیے بہت سے اختیارات ہیں، جن میں جیل سول طریقہ، چھڑکنے کا طریقہ، آئن بیم اسپرے کا طریقہ، کیمیائی بخارات کے رد عمل کا طریقہ (CVR) اور کیمیائی بخارات جمع کرنے کا طریقہ (CVD) شامل ہیں۔ ان میں، کیمیائی بخارات جمع کرنے کا طریقہ (CVD) فی الحال SiC کوٹنگز کی تیاری کے لیے اہم ٹیکنالوجی ہے۔ یہ طریقہ گیس فیز ری ایکشن کے ذریعے سبسٹریٹ کی سطح پر SiC کوٹنگز کو جمع کرتا ہے، جس میں کوٹنگ اور سبسٹریٹ کے درمیان قریبی تعلقات کے فوائد ہوتے ہیں، جس سے سبسٹریٹ مواد کی آکسیڈیشن مزاحمت اور خاتمے کی مزاحمت کو بہتر بنایا جاتا ہے۔

ہائی ٹمپریچر سنٹرنگ کا طریقہ، گریفائٹ سبسٹریٹ کو ایمبیڈنگ پاؤڈر میں رکھ کر اور اسے ایک غیر فعال ماحول کے تحت اعلی درجہ حرارت پر سنٹر کرنے سے، آخر کار سبسٹریٹ کی سطح پر ایک SiC کوٹنگ بنتی ہے، جسے ایمبیڈنگ کا طریقہ کہا جاتا ہے۔ اگرچہ یہ طریقہ آسان ہے اور کوٹنگ سبسٹریٹ کے ساتھ مضبوطی سے جڑی ہوئی ہے، لیکن موٹائی کی سمت میں کوٹنگ کی یکسانیت ناقص ہے، اور سوراخ ظاہر ہونے کا خدشہ ہے، جو آکسیڈیشن مزاحمت کو کم کرتا ہے۔

✔ اسپرے کرنے کا طریقہاس میں گریفائٹ سبسٹریٹ کی سطح پر مائع خام مال کا چھڑکاؤ کرنا، اور پھر کوٹنگ بنانے کے لیے مخصوص درجہ حرارت پر خام مال کو ٹھوس کرنا شامل ہے۔ اگرچہ یہ طریقہ کم لاگت والا ہے، لیکن کوٹنگ کمزور طور پر سبسٹریٹ کے ساتھ جڑی ہوئی ہے، اور کوٹنگ میں کمزور یکسانیت، پتلی موٹائی، اور آکسیکرن کی کمزور مزاحمت ہے، اور عام طور پر اضافی علاج کی ضرورت ہوتی ہے۔

✔ آئن بیم اسپرے کرنے والی ٹیکنالوجیگریفائٹ سبسٹریٹ کی سطح پر پگھلے ہوئے یا جزوی طور پر پگھلے ہوئے مواد کو چھڑکنے کے لیے آئن بیم گن کا استعمال کرتا ہے، جو پھر مضبوط ہو کر کوٹنگ بنانے کے لیے بانڈ کرتا ہے۔ اگرچہ آپریشن آسان ہے اور نسبتاً گھنے سلکان کاربائیڈ کوٹنگ تیار کر سکتا ہے، لیکن کوٹنگ کو توڑنا آسان ہے اور اس میں آکسیکرن مزاحمت کم ہے۔ یہ عام طور پر اعلیٰ معیار کی SiC جامع کوٹنگز تیار کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

✔ سول جیل کا طریقہ، اس طریقہ کار میں ایک یکساں اور شفاف سول حل تیار کرنا، اسے سبسٹریٹ کی سطح پر لگانا، اور پھر کوٹنگ بنانے کے لیے خشک کرنا اور سنٹرنگ کرنا شامل ہے۔ اگرچہ آپریشن آسان ہے اور لاگت کم ہے، لیکن تیار شدہ کوٹنگ میں تھرمل جھٹکا مزاحمت کم ہے اور اس میں کریکنگ کا خطرہ ہے، اس لیے اس کے استعمال کی حد محدود ہے۔

✔ کیمیائی بخارات کے رد عمل کی ٹیکنالوجی (CVR): CVR SiO بخارات پیدا کرنے کے لیے Si اور SiO2 پاؤڈر استعمال کرتا ہے، اور کاربن مٹیریل سبسٹریٹ کی سطح پر کیمیائی رد عمل کے ذریعے SiC کوٹنگ بناتا ہے۔ اگرچہ ایک مضبوطی سے بندھے ہوئے کوٹنگ کو تیار کیا جا سکتا ہے، ایک اعلی ردعمل درجہ حرارت کی ضرورت ہے اور قیمت زیادہ ہے.

✔ کیمیائی بخارات کا ذخیرہ (CVD): CVD فی الحال SiC کوٹنگز کی تیاری کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والی ٹیکنالوجی ہے، اور SiC کوٹنگز سبسٹریٹ کی سطح پر گیس کے مرحلے کے رد عمل سے بنتی ہیں۔ اس طریقے سے تیار کردہ کوٹنگ سبسٹریٹ کے ساتھ قریب سے جڑی ہوتی ہے، جو سبسٹریٹ کی آکسیڈیشن مزاحمت اور خاتمے کے خلاف مزاحمت کو بہتر بناتی ہے، لیکن اس کے لیے لمبا جمع وقت درکار ہوتا ہے، اور ردعمل گیس زہریلی ہو سکتی ہے۔

شکل 3. کیمیائی بخارات جمع کرنے کا خاکہ

4. مارکیٹ مقابلہ اورویٹیک سیمی کنڈکٹرکی تکنیکی اختراع

SiC کوٹڈ گریفائٹ سبسٹریٹ مارکیٹ میں، غیر ملکی مینوفیکچررز نے پہلے شروع کیا، واضح معروف فوائد اور زیادہ مارکیٹ شیئر کے ساتھ۔ بین الاقوامی سطح پر، نیدرلینڈ میں Xycard، جرمنی میں SGL، جاپان میں Toyo Tanso، اور ریاستہائے متحدہ میں MEMC مرکزی دھارے کے سپلائرز ہیں، اور وہ بنیادی طور پر بین الاقوامی مارکیٹ پر اجارہ داری رکھتے ہیں۔ تاہم، چین نے اب گریفائٹ سبسٹریٹس کی سطح پر یکساں طور پر بڑھتی ہوئی SiC کوٹنگز کی بنیادی ٹیکنالوجی کو توڑ دیا ہے، اور اس کے معیار کی تصدیق ملکی اور غیر ملکی صارفین نے کی ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس کے قیمت میں کچھ مسابقتی فوائد بھی ہیں، جو SIC لیپت گریفائٹ سبسٹریٹس کے استعمال کے لیے MOCVD آلات کی ضروریات کو پورا کر سکتے ہیں۔ 

ویٹیک سیمی کنڈکٹر کے شعبے میں تحقیق اور ترقی میں مصروف ہے۔ایس سی کوٹنگز20 سال سے زیادہ کے لئے. لہذا، ہم نے SGL جیسی بفر لیئر ٹیکنالوجی کو شروع کیا ہے۔ خصوصی پروسیسنگ ٹیکنالوجی کے ذریعے، گریفائٹ اور سلکان کاربائیڈ کے درمیان ایک بفر پرت کو شامل کیا جا سکتا ہے تاکہ سروس کی زندگی کو دو گنا سے زیادہ بڑھایا جا سکے۔