فناوری تصفیه گرافیت در نیمه هادی SiC

کاربرد گرافیت در نیمه هادی های SiC و اهمیت خلوص

گرافیتدر تولید نیمه هادی های سیلیکون کاربید (SiC) که به دلیل خواص حرارتی و الکتریکی استثنایی خود شناخته شده اند، حیاتی است. این باعث می شود SiC برای کاربردهای پرقدرت، دمای بالا و فرکانس بالا ایده آل باشد. در تولید نیمه هادی SiC،گرافیتمعمولا برای استفاده می شودبوته ها، بخاری ها و سایر اجزای پردازش در دمای بالابه دلیل هدایت حرارتی عالی، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر شوک حرارتی. با این حال، اثربخشی گرافیت در این نقش ها به شدت به خلوص آن بستگی دارد. ناخالصی‌های موجود در گرافیت می‌تواند باعث ایجاد نقص‌های ناخواسته در کریستال‌های SiC، کاهش عملکرد دستگاه‌های نیمه‌رسانا و کاهش بازده کلی فرآیند تولید شود. با افزایش تقاضا برای نیمه هادی های SiC در صنایعی مانند وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی های تجدیدپذیر و ارتباطات راه دور، نیاز به گرافیت فوق خالص حیاتی تر شده است. گرافیت با خلوص بالا تضمین می کند که الزامات کیفی دقیق نیمه هادی های SiC برآورده می شود و تولید کنندگان را قادر می سازد دستگاه هایی با عملکرد و قابلیت اطمینان بالاتر تولید کنند. بنابراین، توسعه روش های تصفیه پیشرفته برای دستیابی به خلوص فوق العاده بالا درگرافیتبرای پشتیبانی از نسل بعدی فناوری های نیمه هادی SiC ضروری است.

تصفیه فیزیکوشیمیایی

پیشرفت مداوم فناوری تصفیه و توسعه سریع فناوری نیمه هادی نسل سوم منجر به ظهور روش جدید تصفیه گرافیت شده است که به عنوان تصفیه فیزیکوشیمیایی شناخته می شود. این روش شامل قرار دادن استمحصولات گرافیتدر یک کوره خلاء برای گرم کردن. با افزایش خلاء در کوره، ناخالصی های موجود در محصولات گرافیتی زمانی که به فشار بخار اشباع خود می رسند، تبخیر می شوند. علاوه بر این، از گاز هالوژن برای تبدیل اکسیدهای با نقطه ذوب بالا و نقطه جوش موجود در ناخالصی های گرافیت به هالیدهای با نقطه ذوب و جوش پایین استفاده می شود و به اثر خالص سازی مطلوب دست می یابد.

محصولات گرافیتی با خلوص بالابرای کاربید سیلیکون نیمه هادی نسل سوم معمولاً با استفاده از روش های فیزیکی و شیمیایی با خلوص ≥99.9995 درصد خالص سازی می شود. علاوه بر خلوص، الزامات خاصی برای محتوای عناصر ناخالصی خاص وجود دارد، مانند محتوای ناخالصی B ≤0.05 × 10^-6 و محتوای ناخالصی Al ≤0.05 × 10^-6.

افزایش دمای کوره و سطح خلاء منجر به تبخیر خودکار برخی ناخالصی‌ها در محصولات گرافیتی و در نتیجه حذف ناخالصی می‌شود. برای عناصر ناخالصی که برای حذف نیاز به دمای بالاتری دارند، از گاز هالوژن برای تبدیل آنها به هالیدهایی با نقطه ذوب و جوش کمتر استفاده می شود. از طریق ترکیب این روش ها، ناخالصی های موجود در گرافیت به طور موثر حذف می شوند.

به عنوان مثال، گاز کلر از گروه هالوژن در طول فرآیند خالص سازی برای تبدیل اکسیدهای موجود در ناخالصی های گرافیت به کلرید وارد می شود. با توجه به نقطه ذوب و جوش بسیار پایین کلریدها در مقایسه با اکسیدهای آنها، ناخالصی های موجود در گرافیت را می توان بدون نیاز به دمای بسیار بالا حذف کرد.

فرآیند تصفیه

قبل از خالص سازی محصولات گرافیتی با خلوص بالا که در نیمه هادی های SiC نسل سوم استفاده می شوند، تعیین برنامه فرآیند مناسب بر اساس خلوص نهایی مطلوب، سطوح ناخالصی های خاص و خلوص اولیه محصولات گرافیتی ضروری است. این فرآیند باید بر حذف انتخابی عناصر حیاتی مانند بور (B) و آلومینیوم (Al) متمرکز شود. طرح تصفیه با ارزیابی سطوح خلوص اولیه و هدف و همچنین الزامات برای عناصر خاص فرموله می شود. این شامل انتخاب بهینه و مقرون به صرفه ترین فرآیند تصفیه است که شامل تعیین پارامترهای گاز هالوژن، فشار کوره و دمای فرآیند می باشد. سپس این داده‌های فرآیند برای انجام فرآیند به تجهیزات تصفیه وارد می‌شوند. پس از تصفیه، آزمایش شخص ثالث برای تأیید انطباق با استانداردهای مورد نیاز انجام می شود و محصولات واجد شرایط به کاربر نهایی تحویل می شود.