Carbure de silicium (SiC)Le matériau présente les avantages d'une large bande interdite, d'une conductivité thermique élevée, d'une intensité de champ de claquage critique élevée et d'une vitesse de dérive élevée des électrons saturés, ce qui le rend très prometteur dans le domaine de la fabrication de semi-conducteurs. Les monocristaux de SiC sont généralement produits par la méthode de transport physique de vapeur (PVT). Les étapes spécifiques de cette méthode consistent à placer de la poudre de SiC au fond d'un creuset en graphite et à placer un germe cristallin de SiC au sommet du creuset. Le graphitecreusetest chauffé à la température de sublimation du SiC, provoquant la décomposition de la poudre de SiC en substances en phase vapeur telles que la vapeur de Si, le Si2C et le SiC2. Sous l'influence du gradient de température axial, ces substances vaporisées se subliment jusqu'au sommet du creuset et se condensent à la surface du cristal germe de SiC, cristallisant en monocristaux de SiC.
Actuellement, le diamètre du cristal germe utilisé dansCroissance de monocristaux de SiCdoit correspondre au diamètre du cristal cible. Pendant la croissance, le cristal germe est fixé sur le porte-graines en haut du creuset à l'aide d'un adhésif. Cependant, cette méthode de fixation du germe cristallin peut entraîner des problèmes tels que des vides dans la couche adhésive en raison de facteurs tels que la précision de la surface du porte-graine et l'uniformité du revêtement adhésif, ce qui peut entraîner des défauts de vide hexagonal. Celles-ci incluent l'amélioration de la planéité de la plaque de graphite, l'augmentation de l'uniformité de l'épaisseur de la couche adhésive et l'ajout d'une couche tampon flexible. Malgré ces efforts, des problèmes subsistent concernant la densité de la couche adhésive et il existe un risque de détachement des germes cristallins. En adoptant la méthode de collage dutrancheau papier graphite et en le chevauchant au sommet du creuset, la densité de la couche adhésive peut être améliorée et le détachement de la tranche peut être évité.
1. Schéma expérimental :
Les plaquettes utilisées dans l'expérience sont disponibles dans le commercePlaquettes SiC de type N de 6 pouces. La résine photosensible est appliquée à l'aide d'une coucheuse rotative. L'adhésion est obtenue à l'aide d'un four de pressage à chaud de graines développé par nos soins.
1.1 Schéma de fixation des cristaux de graines :
Actuellement, les schémas d’adhésion des germes de cristal SiC peuvent être divisés en deux catégories : le type adhésif et le type suspension.
Schéma de type adhésif (Figure 1) : Cela implique de coller leplaquette SiCà la plaque de graphite avec une couche de papier graphite comme couche tampon pour éliminer les espaces entre lesplaquette SiCet la plaque de graphite. Dans la production réelle, la force de liaison entre le papier graphite et la plaque de graphite est faible, ce qui entraîne un détachement fréquent des germes cristallins pendant le processus de croissance à haute température, entraînant un échec de croissance.
Schéma de type suspension (Figure 2) : Généralement, un film de carbone dense est créé sur la surface de liaison de la tranche de SiC à l'aide de méthodes de carbonisation ou de revêtement par colle. Leplaquette SiCest ensuite serré entre deux plaques de graphite et placé au sommet du creuset en graphite, assurant ainsi la stabilité tandis que le film de carbone protège la tranche. Cependant, la création du film de carbone par revêtement est coûteuse et ne convient pas à la production industrielle. La méthode de carbonisation de la colle donne une qualité de film de carbone incohérente, ce qui rend difficile l'obtention d'un film de carbone parfaitement dense avec une forte adhérence. De plus, le serrage des plaques de graphite réduit la zone de croissance efficace de la tranche en bloquant une partie de sa surface.
Sur la base des deux schémas ci-dessus, un nouveau schéma d'adhésif et de chevauchement est proposé (Figure 3) :
Un film de carbone relativement dense est créé sur la surface de liaison de la plaquette de SiC à l'aide de la méthode de carbonisation de la colle, garantissant ainsi l'absence de fuite de lumière importante sous éclairage.
La tranche de SiC recouverte du film de carbone est collée sur du papier graphite, la surface de liaison étant le côté du film de carbone. La couche adhésive doit apparaître uniformément noire sous la lumière.
Le papier graphite est serré par des plaques de graphite et suspendu au-dessus du creuset en graphite pour la croissance des cristaux.
1.2 Adhésif :
La viscosité de la résine photosensible affecte de manière significative l'uniformité de l'épaisseur du film. À vitesse d'essorage identique, une viscosité plus faible permet d'obtenir des films adhésifs plus fins et plus uniformes. Par conséquent, une résine photosensible à faible viscosité est choisie dans le cadre des exigences de l'application.
Au cours de l'expérience, il a été constaté que la viscosité de l'adhésif carbonisant affecte la force de liaison entre le film de carbone et la tranche. Une viscosité élevée rend difficile une application uniforme à l'aide d'une coucheuse rotative, tandis qu'une faible viscosité entraîne une faible force de liaison, entraînant une fissuration du film de carbone lors des processus de liaison ultérieurs en raison du flux d'adhésif et de la pression externe. Grâce à des recherches expérimentales, la viscosité de l'adhésif carbonisant a été déterminée à 100 mPa.s, et la viscosité de l'adhésif de liaison a été fixée à 25 mPa.s.
1.3 Vide de travail :
Le processus de création du film de carbone sur la plaquette de SiC implique la carbonisation de la couche adhésive sur la surface de la plaquette de SiC, qui doit être réalisée dans un environnement sous vide ou protégé par de l'argon. Les résultats expérimentaux montrent qu'un environnement protégé par l'argon est plus propice à la création d'un film de carbone qu'un environnement sous vide poussé. Si un environnement sous vide est utilisé, le niveau de vide doit être ≤1 Pa.
Le processus de liaison du germe cristallin SiC implique la liaison de la plaquette SiC à la plaque de graphite/papier graphite. Compte tenu de l’effet érosif de l’oxygène sur les matériaux graphites à haute température, ce processus doit être réalisé sous vide. L'impact de différents niveaux de vide sur la couche adhésive a été étudié. Les résultats expérimentaux sont présentés dans le tableau 1. On peut constater que dans des conditions de vide faible, les molécules d'oxygène présentes dans l'air ne sont pas complètement éliminées, ce qui conduit à des couches adhésives incomplètes. Lorsque le niveau de vide est inférieur à 10 Pa, l'effet érosif des molécules d'oxygène sur la couche adhésive est considérablement réduit. Lorsque le niveau de vide est inférieur à 1 Pa, l’effet érosif est complètement éliminé.
Heure de publication : 11 juin 2024