Tecnologia de Purificação de Grafite em Semicondutores SiC

Aplicação de Grafite em Semicondutores SiC e a Importância da Pureza

Grafiteé vital na produção de semicondutores de carboneto de silício (SiC), conhecidos por suas propriedades térmicas e elétricas excepcionais. Isso torna o SiC ideal para aplicações de alta potência, alta temperatura e alta frequência. Na fabricação de semicondutores SiC,grafiteé comumente usado paracadinhos, aquecedores e outros componentes de processamento de alta temperaturadevido à sua excelente condutividade térmica, estabilidade química e resistência ao choque térmico. No entanto, a eficácia do grafite nessas funções depende muito da sua pureza. As impurezas na grafite podem introduzir defeitos indesejados nos cristais de SiC, degradar o desempenho dos dispositivos semicondutores e reduzir o rendimento geral do processo de fabricação. Com a crescente demanda por semicondutores SiC em indústrias como veículos elétricos, energia renovável e telecomunicações, a necessidade de grafite ultrapuro tornou-se mais crítica. A grafite de alta pureza garante que os rigorosos requisitos de qualidade dos semicondutores SiC sejam atendidos, permitindo que os fabricantes produzam dispositivos com desempenho e confiabilidade superiores. Portanto, o desenvolvimento de métodos avançados de purificação para alcançar pureza ultra-alta emgrafiteé essencial para apoiar a próxima geração de tecnologias de semicondutores SiC.

Purificação Físico-Química

O avanço contínuo da tecnologia de purificação e o rápido desenvolvimento da tecnologia de semicondutores de terceira geração levaram ao surgimento de um novo método de purificação de grafite conhecido como purificação físico-química. Este método envolve colocarprodutos de grafiteem um forno a vácuo para aquecimento. Ao aumentar o vácuo no forno, as impurezas nos produtos de grafite volatilizarão quando atingirem a pressão de vapor saturado. Além disso, o gás halogênio é usado para converter os óxidos de alto ponto de fusão e ebulição nas impurezas de grafite em haletos de baixo ponto de fusão e ebulição, alcançando o efeito de purificação desejado.

Produtos de grafite de alta purezapara carboneto de silício semicondutor de terceira geração normalmente passam por purificação usando métodos físicos e químicos, com um requisito de pureza de ≥99,9995%. Além da pureza, existem requisitos específicos para o conteúdo de certos elementos de impureza, como teor de impureza B ≤0,05 × 10^-6 e teor de impureza Al ≤0,05 ×10^-6.

O aumento da temperatura do forno e do nível de vácuo leva à volatilização automática de algumas impurezas nos produtos de grafite, conseguindo assim a remoção das impurezas. Para elementos de impureza que requerem temperaturas mais altas para remoção, o gás halogênio é usado para convertê-los em haletos com pontos de fusão e ebulição mais baixos. Através da combinação desses métodos, as impurezas do grafite são efetivamente removidas.

Por exemplo, o gás cloro do grupo halogênio é introduzido durante o processo de purificação para converter óxidos nas impurezas de grafite em cloretos. Devido aos pontos de fusão e ebulição significativamente mais baixos dos cloretos em comparação com os seus óxidos, as impurezas da grafite podem ser removidas sem a necessidade de temperaturas muito altas.

Processo de Purificação

Antes de purificar produtos de grafite de alta pureza usados ​​em semicondutores SiC de terceira geração, é essencial determinar o plano de processo apropriado com base na pureza final desejada, nos níveis de impurezas específicas e na pureza inicial dos produtos de grafite. O processo deve se concentrar na remoção seletiva de elementos críticos como boro (B) e alumínio (Al). O plano de purificação é formulado avaliando os níveis de pureza inicial e alvo, bem como os requisitos para elementos específicos. Isso envolve a seleção do processo de purificação ideal e mais econômico, que inclui a determinação do gás halogênio, da pressão do forno e dos parâmetros de temperatura do processo. Esses dados do processo são então inseridos no equipamento de purificação para realizar o procedimento. Após a purificação, são realizados testes de terceiros para verificar a conformidade com os padrões exigidos e os produtos qualificados são entregues ao usuário final.