เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ของกราไฟท์ในเซมิคอนดักเตอร์ SiC

การใช้กราไฟท์ในสารกึ่งตัวนำ SiC และความสำคัญของความบริสุทธิ์

กราไฟท์มีความสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งขึ้นชื่อในด้านคุณสมบัติทางความร้อนและทางไฟฟ้าที่โดดเด่น ทำให้ SiC เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง อุณหภูมิสูง และความถี่สูง ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ SiCกราไฟท์มักใช้สำหรับถ้วยใส่ตัวอย่าง เครื่องทำความร้อน และส่วนประกอบการประมวลผลที่อุณหภูมิสูงอื่นๆเนื่องจากมีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม ความเสถียรทางเคมี และความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิผลของกราไฟท์ในบทบาทเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์เป็นอย่างมาก สิ่งเจือปนในกราไฟท์อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องที่ไม่พึงประสงค์ในผลึก SiC ลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และลดผลผลิตในกระบวนการผลิตโดยรวม ด้วยความต้องการเซมิคอนดักเตอร์ SiC ที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานพาหนะไฟฟ้า พลังงานทดแทน และโทรคมนาคม ความต้องการกราไฟท์บริสุทธิ์พิเศษจึงมีความสำคัญมากขึ้น กราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงช่วยให้มั่นใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวดของเซมิคอนดักเตอร์ SiC ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถผลิตอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่า ดังนั้นการพัฒนาวิธีการทำให้บริสุทธิ์ขั้นสูงเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษกราไฟท์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสนับสนุนเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ SiC รุ่นต่อไป

การทำให้บริสุทธิ์ทางเคมีกายภาพ

ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์และการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของวิธีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยกราไฟท์แบบใหม่ที่เรียกว่าการทำให้บริสุทธิ์ทางเคมีกายภาพ วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการวางผลิตภัณฑ์กราไฟท์ในเตาสุญญากาศเพื่อให้ความร้อน ด้วยการเพิ่มสุญญากาศในเตาเผา สิ่งเจือปนในผลิตภัณฑ์กราไฟท์จะระเหยเมื่อถึงความดันไออิ่มตัว นอกจากนี้ ก๊าซฮาโลเจนยังใช้ในการแปลงออกไซด์ที่มีจุดหลอมเหลวสูงและจุดเดือดในสารเจือปนของกราไฟท์ให้เป็นเฮไลด์ที่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เพื่อให้ได้ผลการทำให้บริสุทธิ์ตามที่ต้องการ

ผลิตภัณฑ์กราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับซิลิกอนคาร์ไบด์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามมักจะผ่านการทำให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธีทางกายภาพและเคมี โดยมีข้อกำหนดความบริสุทธิ์ที่ ≥99.9995% นอกจากความบริสุทธิ์แล้ว ยังมีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับเนื้อหาขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์บางอย่าง เช่น ปริมาณสิ่งเจือปน B ≤0.05 × 10^-6 และปริมาณสิ่งเจือปน Al ≤0.05 ×10^-6

การเพิ่มอุณหภูมิเตาเผาและระดับสุญญากาศทำให้เกิดการระเหยของสารเจือปนบางส่วนในผลิตภัณฑ์กราไฟท์โดยอัตโนมัติ จึงสามารถขจัดสิ่งเจือปนได้ สำหรับองค์ประกอบเจือปนที่ต้องการอุณหภูมิที่สูงขึ้นในการกำจัด ก๊าซฮาโลเจนจะถูกใช้เพื่อแปลงให้เป็นเฮไลด์ที่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่า การผสมผสานวิธีการเหล่านี้ช่วยขจัดสิ่งเจือปนในกราไฟท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างเช่น มีการใช้ก๊าซคลอรีนจากกลุ่มฮาโลเจนในระหว่างกระบวนการทำให้บริสุทธิ์เพื่อแปลงออกไซด์ในสารเจือปนของกราไฟท์ให้เป็นคลอไรด์ เนื่องจากคลอไรด์มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับออกไซด์ จึงสามารถกำจัดสิ่งเจือปนในกราไฟต์ออกได้โดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมาก

กระบวนการทำให้บริสุทธิ์

ก่อนที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์กราไฟท์มีความบริสุทธิ์สูงบริสุทธิ์ที่ใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ SiC รุ่นที่สาม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องกำหนดแผนกระบวนการที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากความบริสุทธิ์ขั้นสุดท้ายที่ต้องการ ระดับของสิ่งเจือปนจำเพาะ และความบริสุทธิ์เริ่มต้นของผลิตภัณฑ์กราไฟท์ กระบวนการนี้ต้องเน้นที่การเลือกกำจัดองค์ประกอบสำคัญ เช่น โบรอน (B) และอะลูมิเนียม (Al) แผนการทำให้บริสุทธิ์จัดทำขึ้นโดยการประเมินระดับความบริสุทธิ์เริ่มต้นและเป้าหมาย ตลอดจนข้อกำหนดสำหรับองค์ประกอบเฉพาะ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเลือกกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ที่เหมาะสมและคุ้มค่าที่สุด ซึ่งรวมถึงการกำหนดก๊าซฮาโลเจน ความดันเตาเผา และพารามิเตอร์อุณหภูมิกระบวนการ จากนั้นข้อมูลกระบวนการเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าไปในอุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์เพื่อดำเนินการตามขั้นตอน หลังจากการทำให้บริสุทธิ์ จะมีการทดสอบโดยบุคคลที่สามเพื่อตรวจสอบการปฏิบัติตามมาตรฐานที่กำหนด และส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการรับรองให้กับผู้ใช้ปลายทาง