Reningsteknik för grafit i SiC-halvledare

Tillämpning av grafit i SiC-halvledare och vikten av renhet

Grafitär avgörande för att producera kiselkarbid (SiC) halvledare, kända för sina exceptionella termiska och elektriska egenskaper. Detta gör SiC idealisk för applikationer med hög effekt, hög temperatur och hög frekvens. I SiC-halvledartillverkning,grafitanvänds vanligtvis fördeglar, värmare och andra högtemperaturbearbetningskomponenterpå grund av dess utmärkta värmeledningsförmåga, kemiska stabilitet och motståndskraft mot värmechock. Effektiviteten av grafit i dessa roller beror dock starkt på dess renhet. Föroreningar i grafit kan introducera oönskade defekter i SiC-kristallerna, försämra prestandan hos halvledarenheterna och minska det totala tillverkningsprocessens utbyte. Med den ökande efterfrågan på SiC-halvledare inom industrier som elfordon, förnybar energi och telekommunikation har behovet av ultraren grafit blivit mer kritiskt. Högren grafit säkerställer att de stränga kvalitetskraven för SiC-halvledare uppfylls, vilket gör det möjligt för tillverkare att producera enheter med överlägsen prestanda och tillförlitlighet. Därför utvecklas avancerade reningsmetoder för att uppnå ultrahög renhet igrafitär avgörande för att stödja nästa generation av SiC-halvledarteknologier.

Fysikalisk-kemisk rening

Den kontinuerliga utvecklingen av reningsteknik och den snabba utvecklingen av tredje generationens halvledarteknologi har lett till framväxten av en ny grafitreningsmetod känd som fysikalisk-kemisk rening. Denna metod innebär placeringgrafitprodukteri en vakuumugn för uppvärmning. Genom att öka vakuumet i ugnen kommer föroreningar i grafitprodukterna att förångas när de når sitt mättade ångtryck. Dessutom används halogengas för att omvandla oxiderna med hög smältpunkt och kokpunkt i grafitföroreningarna till halogenider med låg smältpunkt och kokpunkt, vilket uppnår den önskade reningseffekten.

Grafitprodukter med hög renhetför tredje generationens halvledare genomgår kiselkarbid vanligtvis rening med fysikaliska och kemiska metoder, med ett renhetskrav på ≥99,9995 %. Förutom renhet finns det specifika krav på innehållet av vissa föroreningselement, såsom B-föroreningshalt ≤0,05 × 10^-6 och Al-föroreningshalt ≤0,05 ×10^-6.

Ökning av ugnstemperaturen och vakuumnivån leder till automatisk förångning av vissa föroreningar i grafitprodukterna, vilket leder till att föroreningar avlägsnas. För föroreningselement som kräver högre temperaturer för att avlägsnas, används halogengas för att omvandla dem till halogenider med lägre smält- och kokpunkter. Genom kombinationen av dessa metoder avlägsnas föroreningar i grafit effektivt.

Till exempel införs klorgas från halogengruppen under reningsprocessen för att omvandla oxider i grafitföroreningar till klorider. På grund av de betydligt lägre smält- och kokpunkterna för klorider jämfört med deras oxider, kan föroreningar i grafit avlägsnas utan behov av mycket höga temperaturer.

Reningsprocess

Innan man rena grafitprodukter med hög renhet som används i tredje generationens SiC-halvledare, är det viktigt att fastställa en lämplig processplan baserat på den önskade slutliga renheten, nivåerna av specifika föroreningar och den initiala renheten hos grafitprodukterna. Processen måste fokusera på att selektivt avlägsna kritiska element som bor (B) och aluminium (Al). Reningsplanen är formulerad genom att bedöma de initiala och målmässiga renhetsnivåerna, samt kraven på specifika element. Detta innebär att välja den optimala och mest kostnadseffektiva reningsprocessen, som inkluderar bestämning av halogengas, ugnstryck och processtemperaturparametrar. Dessa processdata matas sedan in i reningsutrustningen för att utföra proceduren. Efter rening utförs tredjepartstestning för att verifiera överensstämmelse med de erforderliga standarderna, och de kvalificerade produkterna levereras till slutanvändaren.