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半导体资料成长的“要害”支撑——石墨制品的运用与开展
第三代半导体资料，以其高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移率以及高电子迁移率等卓越特性，在5G信号站、新能源轿车以及LED照明等多个范畴发挥着至关重要的效果。而石墨制品，作为支撑半导体资料成长的要害因素，其运用与开展也日益受到人们的关注。
高纯石墨制品在第三代半导体单晶成长设备中发挥着不可或缺的效果，它们常被用作碳化硅（SiC）单晶成长炉的石墨坩埚和石墨加热器，一起也在GaN外延成长的石墨基座以及抗高温烧蚀涂层石墨基座等方面得到广泛运用。
石墨坩埚，作为第三代半导体单晶成长设备中的要害组件，在碳化硅（SiC）单晶成长进程中发挥着至关重要的效果。其安稳性、耐高温功能以及与碳化硅资料的相容性，使得石墨坩埚成为成长炉的理想挑选。此外，在GaN外延成长的石墨基座以及抗高温烧蚀涂层石墨基座的运用中，石墨坩埚同样展示出了其卓越的功能。
（1）SiC长晶用石墨制品
在制备SiC单晶的进程中，PVT法以其老练性和广泛适用性锋芒毕露，成为现代工业中的干流技能。该办法依赖于感应线圈产生的涡流，然后激发高密度石墨发热体进行高效加热。在操作时，碳化硅粉体被精心填入石墨坩埚底部，而碳化硅籽晶则被精确地粘结在距质料面必定间隔的石墨坩埚盖内侧。随后，整个石墨坩埚被置入石墨发热体中，通过精密调控外部石墨毡的温度，使得碳化硅质料处于高温环境中，而籽晶则相应地保持在低温区域。
在选用PVT法进行SiC单晶的制备进程中，除了需求高纯度的质料以外，还有必要运用可以承受高温且不会污染SiC质料和晶体的其他用品，例如高纯石墨坩埚、碳纤维硬毡以及籽晶托等。由于石墨在超过2200℃的高温环境下容易受到尘埃和杂质的影响，因而在籽晶托盘和坩埚的外表涂抹高纯度且细密性良好的涂层显得尤为重要。
SiC长晶炉中的外延石墨盘
外延工艺，即在单晶衬底上成长一层与衬底晶格排列一致的单晶资料，既包括同质外延层（如Si/Si），也包括异质外延层（如SiGe/Si或SiC/Si等）。在硅和碳化硅的外延进程中，晶片被置于石墨盘上，而石墨盘的规划则有多种，如桶式、煎饼式以及单晶片石墨盘等。
蓝绿光LED芯片外延工艺专用托盘
在蓝绿光LED芯片的制作进程中，外延工艺占有着举足轻重的地位。该工艺需求在单晶衬底上精心成长一层与衬底晶格高度一致的单晶资料，以保证芯片的功能和质量。在这一环节中，外延托盘发挥着至关重要的效果，它不只承载着晶片，还是外延工艺得以顺利进行的要害因素之一。托盘的规划和材质挑选，直接影响到外延层的成长质量和功率。因而，针对蓝绿光LED芯片的制作需求，专业研制团队精心规划了蓝绿光LED芯片外延工艺专用托盘，旨在提高外延层的成长质量，满意高功能芯片的制作需求。
碳化钽涂层石墨盘
在GaN薄膜的外延成长进程中，MOCVD设备反响腔内的承载基座扮演着至关重要的角色。这个基座有必要具有耐高温、均匀的热传导率、超卓的化学安稳性，以及强壮的抗热震性。石墨资料刚好能满意这些要求。但是，由于GaN基LED外延成长进程中会运用到氨气，而高温状态下的石墨又极易受到氨气的腐蚀，导致石墨碎屑脱落并污染GaN薄膜。因而，对MOCVD石墨基座的外表进行涂层处理变得尤为重要。
例如，SiC资料不只具有半导体的卓越功能，还具有超卓的耐腐蚀性和化学安稳性。更重要的是，SiC与石墨的热膨胀系数相差无几，这使得SiC成为石墨基座外表涂层的理想挑选之一。
此外，离子注入设备部件也是要害环节。离子注入技能涉及将硼、磷、砷等离子的束加速到特定能量后注入晶圆资料表层，然后改动其物质特性。这一工艺对组成离子注入设备的资料提出了严厉的要求，包括高耐热性、导热性，以及较低的离子束腐蚀和杂质含量。高纯石墨凭仗其卓越的功能和纯净度，被广泛运用于离子注入设备的飞行管、狭缝、电极等要害部件中。
（4）等离子蚀刻设备部件
在等离子体蚀刻进程中，等离子体反响室的部件会直接露出于蚀刻气体中，这些气体往往具有腐蚀性，可能导致部件污染。但是，石墨资料在离子轰击或等离子等极限工作环境下表现超卓，不易受腐蚀，因而十分适合用于等离子蚀刻设备的部件，例如石墨电极。
（5）柔性石墨箔
柔性石墨箔以天然膨胀石墨为质料，具有优异的半导体运用功能。它可以提高体系和工艺的功率，明显下降能耗，并保证高度可靠性。在半导体出产设备中，这种资料常被用作保温筒、隔热资料、柔性层以及密封资料等要害零部件。
（1）等静压石墨
等静压石墨产品通过冷等静压成型工艺打造，这一工艺赋予了坩埚卓越的安稳性，远胜于其他出产办法。但是，关于SiC单晶所需的大尺度石墨制品来说，其外表和内部纯度往往难以到达均匀规范，然后无法满意运用要求。为应对这一应战，咱们选用独特的高温热化学脉冲提纯技能，对大尺度或异型石墨制品进行深度且均匀的提纯，保证产品外表及芯部纯度均合格。
（2）多孔石墨
SiC晶体的成长面对许多难题，包括成长难度大、研制周期长、成本高级。多孔石墨（PG）的引进为处理这些问题供给了新的思路。近期研究显现，在SiC长晶炉中加入多孔石墨板能有用提高晶体成长质量。试验成果证明，多孔石墨在促进传质均匀性、下降相变概率以及优化晶体形状方面发挥着明显效果。
多孔石墨对SiC晶体成长的影响
李荣臻等深化探讨了多孔石墨在SiC晶体成长进程中的效果。研究发现，运用多孔石墨能有用提高质料区域的温度及其均匀性，然后增大了坩埚内轴向的温差。此外，它还能在必定程度上削弱质料表层的重结晶现象。在成长腔内，多孔石墨明显改善了物质流动的安稳性，提高了成长区域的C/Si比，这有助于下降相变产生的概率。一起，多孔石墨对晶体界面的改善效果也显而易见。
SiC单晶成长所需的高纯石墨制品
在SiC单晶的成长进程中，所需石墨制品的尺度往往较大，这可能导致其外表和内部纯度的不均匀，然后无法满意运用要求。因而，高纯度成为了不可或缺的严厉规范。特别是在半导体职业，对石墨的纯度要求更是高达999%以上。虽然现在的高温提纯法可以去除低沸点的杂质，如钙、硅、铝等，但关于某些难以铲除的杂质，例如硼，其生成的碳化硼熔点虽低但沸点极高，因而需求选用更为杂乱的提纯办法，如通入卤素气体进行提纯。
卤素气体法，也被称为物化提纯法，是一种有用的石墨制品提纯技能。该办法涉及将待提纯的石墨制品置于真空炉内进行加热，运用炉内的高真空度使杂质到达饱和蒸汽压，然后主动挥发。一起，通过引进卤素气体，如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等，可以使石墨中的高熔沸点氧化物转变为低熔沸点的卤化物，进一步到达提纯的意图。通过此法提纯后的炭石墨资料，其纯度可提高至99%以上，乃至更高。
吴忠举等人的试验证明，选用物化提纯法对第三代半导体碳化硅所运用的高纯石墨制品进行提纯，其纯度可安稳到达9995%～9999%，且能有用去除石墨中的硼（B）和铝（Al）杂质，保证其含量低于设定规范，然后完全满意第三代半导体碳化硅对高纯石墨制品的苛刻要求。
物化提纯法的提纯反响机理及流程
吕尊华等人提出了一种石墨化提纯工艺，该工艺结合了氯气与氟化物的组合技能。在1850～1900℃的温度范围内，通入氯气以排除石墨中的部分非碳物质。当温度升至2200℃以上后，再充入氟化物气体进行进一步提纯。通过这一流程，产品的杂质含量可降至50×10-6以下。为满意半导体对石墨制品的苛刻要求，即超低灰分规范，选用高温真空纯化设备及相关技能，进一步将产品的灰分下降至5×10-6以下。
现在，多家企业和高校，如中钢集团新型资料（浙江）有限公司、罗兰先进石墨（昆山）有限公司、湖南顶立科技有限公司、上海东洋炭素有限公司、深圳市贝特瑞新能源资料股份有限公司以及哈尔滨理工大学等，都在卤素气体法方面进行了深化的研究和运用，推动了半导体用高纯石墨的进一步开展。
等静压石墨产品，通过冷等静压成型工艺精制而成，以其卓越的安稳性在坩埚制作中锋芒毕露。这种精品石墨与高新技能和国防尖端技能紧密相连。虽然国内已有等静压石墨的出产企业，但与国际先进水平比较，仍存在明显差距。首要表现为国内产品功能较低、标准单一，且大尺度高功能等静压石墨制品难以实现大规模量产。此外，与国外比较，国内等静压石墨的出产工艺更为繁琐，主动化水平较低，从而推高了出产成本。