石墨基座形成SiC涂层石墨基座简介

SiC涂层石墨基座是什么
在介绍SiC涂层石墨基座前，我们需要知道它是用在哪里的。我们知道在一些晶圆衬底之上需要进一步的构建外延层以便于制造器件，典型的有LED发光器件，需要在硅衬底上面制备GaAs的外延层；在导电型的SiC衬底上面生长SiC外延层用于构建诸如SBD、MOSFET等的器件，用于高压、大电流等功率应用；在半绝缘型的SiC衬底上面构建GaN外延层，进一步构造HEMT等器件，用于通信等射频应用。这里就需要用到用到一种CVD设备（当然还有其他的技术方法）。

金属有机物化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）是将Ⅲ、Ⅱ族元素和V、Ⅵ族元素等作为生长源材料，通过热分解反应方式在衬底表面进行沉积，生长各种Ⅲ-V族（GaN、GaAs等）、Ⅱ-Ⅵ族（Si、SiC等）以及多元固溶体的薄层单晶材料，是生产光电器件、微波器件、功率器件材料的主要手段。

在CVD设备中，衬底不能直接放在金属或者简单的放置在某个底座上面进行外延沉积，因为其中涉及到气体流向（水平、垂直）、温度、压力、固定、脱落污染物等各方面的影响因素。因此需要用到一个基座，然后将衬底放置在盘上，然后再利用CVD技术在衬底上面进行外延沉积。这个基座就是SiC涂层石墨基座（又可以叫做托盘）。

石墨基座是MOCVD设备中的核心零部件之一，是衬底基片的承载体和发热体，它热稳定性、热均匀性等性能参数对外延材料生长的质量起到决定性作用，直接决定薄膜材料的均匀性和纯度，因此它的品质直接影响了外延片的制备，同时随着使用次数增加、工况环节变化，又极容易损耗，属于耗材。

石墨优异的热导率和稳定性使得其在作为MOCVD设备的基座部件中有很好的优势。但是如果仅仅只是纯石墨的话，也会面临一些问题。在生产过程中会有腐蚀性气体和金属有机物的残留，石墨基座会出现腐蚀掉粉现象，大大降低石墨基座的使用寿命，同时掉落的石墨粉体也会对芯片造成污染，所以在基座的制备过程中还需要解决这些的问题。

涂层技术能够提供表面粉体固定、增强热导率、均衡热分布，成为了解决该问题的主要技术。根据石墨基座的应用环境和使用要求，表面涂层应具备以下几方面的特性:

高致密度和全包裹：石墨基座整体处于高温、腐蚀性的工作环境中，表面必须全包裹，同时涂层要具备良好的致密性，才起到良好的保护作用。

良好的表面平整度：由于单晶生长所用的石墨基座要求表面平整度非常高，涂层制备完毕后要保持基座原有的平整度，即涂层面必须均匀一致。

良好的结合强度：减小石墨基座和涂层材料之间的热膨胀系数差异，可有效提高两者间的结合强度，在经历高低温热循环之后，涂层不易开裂。

高的热导率：高质量的芯片生长需要石墨基座提供且均匀的热量，因此涂层材料应具备高的热导率。

高熔点、高温抗氧化、抗腐蚀性：涂层应在高温、腐蚀性的工作环境中能够稳定工作。

石墨涂层材料的选择
常用的防护涂层材料主要有以下几种：

玻璃涂层：B2O3、P2O5、ZnO等；

陶瓷涂层：SiC、ZrB2、BN等；

金属涂层：Pt、Ir、Hf、Mo等；

SiC具有高的热力学稳定性、良好的导热性、高的电子迁移率、抗氧化、耐腐蚀、与石墨材料相近的热膨胀系数等诸多优异性能，是石墨基座表面涂层的重要材料。

SiC根据C原子和Si原子结合叠层的方式可以分为可分为立方结构（C）、六方结构（H）和菱面结构（R），如2H-SiC，3C-SiC，4H-SiC，6H-SiC和15R-SiC等，较为常见的可以归纳为以下两大类：

α-SiC：4H-SiC、6H-SiC

β-SiC：3C-SiC；

β-SiC具有以下几点优势：

合成温度较低，一般为1000~1600℃，晶体结构类似于金刚石，而α-SiC要在2000℃以上才能制备，具有六角纤维锌矿结构。

具有更高的热导率、耐磨损、抗腐蚀性等，这些方面优于α-SiC。

因此在β-SiC高温和有腐蚀性气体的工作环境中具有更优异的表现，成为了石墨基座表面涂层的重要材料。

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