Tecnologia di purificazione della grafite nel semiconduttore SiC

Applicazione della grafite nei semiconduttori SiC e importanza della purezza

Grafiteè fondamentale nella produzione di semiconduttori al carburo di silicio (SiC), noti per le loro eccezionali proprietà termiche ed elettriche. Ciò rende il SiC ideale per applicazioni ad alta potenza, alta temperatura e alta frequenza. Nella produzione di semiconduttori SiC,grafiteè comunemente usato percrogioli, riscaldatori e altri componenti di lavorazione ad alta temperaturagrazie alla sua eccellente conduttività termica, stabilità chimica e resistenza allo shock termico. Tuttavia, l’efficacia della grafite in questi ruoli dipende fortemente dalla sua purezza. Le impurità nella grafite possono introdurre difetti indesiderati nei cristalli SiC, degradare le prestazioni dei dispositivi a semiconduttore e ridurre la resa complessiva del processo di produzione. Con la crescente domanda di semiconduttori SiC in settori quali veicoli elettrici, energie rinnovabili e telecomunicazioni, la necessità di grafite ultrapura è diventata più critica. La grafite ad elevata purezza garantisce il rispetto dei severi requisiti di qualità dei semiconduttori SiC, consentendo ai produttori di produrre dispositivi con prestazioni e affidabilità superiori. Pertanto, lo sviluppo di metodi di purificazione avanzati per ottenere una purezza ultraelevatagrafiteè essenziale per supportare la prossima generazione di tecnologie dei semiconduttori SiC.

Purificazione fisico-chimica

Il continuo progresso della tecnologia di purificazione e il rapido sviluppo della tecnologia dei semiconduttori di terza generazione hanno portato all'emergere di un nuovo metodo di purificazione della grafite noto come purificazione fisico-chimica. Questo metodo prevede il posizionamentoprodotti in grafitein un forno a vuoto per il riscaldamento. Aumentando il vuoto nel forno, le impurità nei prodotti di grafite si volatilizzeranno quando raggiungono la pressione di vapore saturo. Inoltre, il gas alogeno viene utilizzato per convertire gli ossidi ad alto punto di fusione e di ebollizione nelle impurità di grafite in alogenuri a basso punto di fusione e di ebollizione, ottenendo l'effetto di purificazione desiderato.

Prodotti in grafite di elevata purezzaper i semiconduttori di terza generazione il carburo di silicio viene generalmente sottoposto a purificazione mediante metodi fisici e chimici, con un requisito di purezza ≥ 99,9995%. Oltre alla purezza, esistono requisiti specifici per il contenuto di alcuni elementi impuri, come il contenuto di impurità B ≤0,05 × 10^-6 e il contenuto di impurità Al ≤0,05 ×10^-6.

L'aumento della temperatura del forno e del livello di vuoto porta alla volatilizzazione automatica di alcune impurità nei prodotti di grafite, ottenendo così la rimozione delle impurità. Per gli elementi impuri che richiedono temperature più elevate per la rimozione, viene utilizzato gas alogeno per convertirli in alogenuri con punti di fusione e di ebollizione inferiori. Attraverso la combinazione di questi metodi, le impurità presenti nella grafite vengono rimosse in modo efficace.

Ad esempio, durante il processo di purificazione viene introdotto il gas di cloro del gruppo alogeno per convertire gli ossidi presenti nelle impurità di grafite in cloruri. Grazie ai punti di fusione e di ebollizione significativamente più bassi dei cloruri rispetto ai loro ossidi, le impurità nella grafite possono essere rimosse senza la necessità di temperature molto elevate.

Processo di purificazione

Prima di purificare i prodotti di grafite ad elevata purezza utilizzati nei semiconduttori SiC di terza generazione, è essenziale determinare il piano di processo appropriato in base alla purezza finale desiderata, ai livelli di impurità specifiche e alla purezza iniziale dei prodotti di grafite. Il processo deve concentrarsi sulla rimozione selettiva di elementi critici come boro (B) e alluminio (Al). Il piano di purificazione viene formulato valutando i livelli di purezza iniziale e target, nonché i requisiti per elementi specifici. Ciò comporta la selezione del processo di purificazione ottimale e più conveniente, che comprende la determinazione dei parametri del gas alogeno, della pressione del forno e della temperatura del processo. Questi dati di processo vengono quindi immessi nell'apparecchiatura di purificazione per eseguire la procedura. Dopo la purificazione, vengono condotti test di terze parti per verificare la conformità agli standard richiesti e i prodotti qualificati vengono consegnati all'utente finale.