Роль покрытых карбидом кремния подложек в процессах эпитаксии светодиодов Veeco

В процессе эпитаксии светодиодов используется очень высокая температура и высокая чувствительность среды, и даже незначительное изменение этих условий может привести к изменению качества подложки. Подложка (сусцептор) — важная часть реактора. Она поддерживает подложку во время эпитаксии, а также играет очень важную роль в равномерном распределении тепла по всей подложке. В большинстве систем эпитаксии светодиодов Veeco используется графитовая подложка с покрытием из карбида кремния (SiC). Покрытие SiC защищает графит от повреждений, вызванных высокой температурой и химическими веществами, и обеспечивает равномерное качество светодиодов.

Как CVD-покрытие из карбида кремния улучшает равномерность теплового режима в инструментах Veeco EPIK

Поддержание подходящей температуры кремниевой пластины во время изготовления высококачественных светодиодов является важным фактором. Cvd sic Покрытие создает гладкую, стабильную поверхность на графитовом подложке, которая равномерно распределяет тепло во время выращивания подложки SiC для светодиода.

Даже когда нет CVD-покрытие sic При использовании небольших вариаций в отдельных графитовых фрагментах могут возникать различия в характеристиках теплопередачи поверхности, однако при использовании более качественного покрытия CVD SiC характеристики теплопередачи поверхности значительно улучшаются, и, следовательно, тепловой профиль становится более равномерным. На одном предприятии возникли проблемы с неравномерностью цвета на пластинах, вызванные неравномерным нагревом поверхности. Однако использование более толстого и качественного покрытия CVD SiC и ССЗ TaC Покрытие позволило преодолеть эту нестабильность.

Дефекты поверхности и царапины покрытия SiC, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Высокочистое CVD-сырье SiC Это может увеличить вариативность, поскольку приводит к неравномерной скорости роста материала или возможным «горячим точкам» на поверхности покрытия. Многие производители регулярно проверяют покрытия на износ и трещины, наблюдая за состоянием CVD-покрытия SiC после серии циклов нагрева. Для повышения однородности и долговечности CVD-покрытия SiC подложка может вращаться на протяжении всего процесса CVD.

Однако использование покрытия из карбида кремния, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), не может полностью устранить все различия, но значительно повышает вероятность стабильного производства базовых материалов для крупномасштабного производства светодиодов.

Функция высокочистых графитовых подложек в эпитаксии светодиодов

Подложка поддерживает и сохраняет подложку при относительно стабильной температуре во время роста кристаллического слоя. Обычно используется графит, и на самом деле следует использовать графит высокой чистоты, поскольку он может использоваться при чрезвычайно высоких температурах и не деформируется.

Высокая теплопроводность способствует передаче тепла от нагревательных элементов к подложке и стабилизации температуры подложки во время роста слоя. Поскольку небольшие колебания температуры приводят к изменению роста кристалла, этот процесс должен быть максимально постоянным.

Чистота является важным фактором при выборе используемого графита. Загрязненный графит содержит металлы и другие примеси, которые будут выделяться из подложки во время нагрева и осаждаться на подложке, вызывая дефекты кристаллической структуры.

Некоторые производители отметили увеличение количества дефектных светодиодов, изготовленных из менее чистого графита. Графит высокой чистоты и более строгий контроль качества дали лучшие результаты. Еще одна проблема — плоскостность подложки.

После нескольких циклов нагрева и охлаждения подложка может деформироваться. Эта деформация влияет на поток газа и позиционирование пластины, что, в свою очередь, сказывается на стабильности роста слоя.

Снижение проблем, связанных с образованием частиц при эпитаксии, за счет оптимизации конструкции поверхности.

Большинство проблем, связанных с частицами, на самом деле начинаются с поверхностей, с которыми контактируют детали и газы. Подстаканники, облицовки и т.д. могут постепенно выделять частицы со временем, поскольку их поверхности царапаются или изнашиваются.

В высокотемпературных технологических газах мелкие трещины или износ защитного слоя могут приводить к образованию микрофрагментов, которые перемещаются по реактору и оседают на подложках. При достаточно большом диаметре одна частица на поверхности одной подложки приведет к одному дефекту на конечном светодиоде.

Гладкая поверхность снизит вероятность выделения частиц, однако она должна выдерживать многократные термические циклы. Некоторые покрытия могут казаться гладкими при комнатной температуре, но после многих циклов работы на них могут образовываться микротрещины. Проблемы с частицами часто возникают постепенно по мере износа покрытых деталей.

Для многих деталей, изготовленных в процессе производства, повреждения происходят на кромках, поскольку именно в этой части концентрируется наибольшее напряжение. Контролируя качество, толщину покрытия и концентрацию напряжений на кромках, мы можем уменьшить износ.

Таким образом, чтобы предотвратить отслаивание защитного слоя после каждого цикла работы, необходимо обеспечить хорошее сцепление покрытия с графитовыми подложками. Частая проверка при ярком свете или отбор проб могут помочь выявить эти начинающиеся проблемы.

Сравнение подложек из чистого графита и подложек с покрытием из карбида кремния в производстве светодиодов.

Хотя в производстве светодиодов используются как непокрытые графитовые подложки, так и подложки с покрытием из карбида кремния, их рабочие параметры существенно различаются.

Использование чистого графита обусловлено его эффективной теплопередачей, большой площадью поверхности, способной принимать тепло, и относительно медленным выбросом частиц с поверхности после нескольких часов работы, хотя у него есть и другие недостатки. К ним относятся относительно плохое распределение тепла и большая площадь поверхности, делающая его более реактивным по отношению к газам внутри камеры, что приводит к более быстрому выбросу частиц, хотя во многих случаях это является компромиссом.

Покрытие из карбида кремния (SiC) позволяет преодолеть некоторые из этих проблем за счет добавления твердого защитного покрытия.

Можно рассмотреть светодиодные заводы, работающие в больших объемах с длительными производственными циклами, требующими больших смен. На некоторых заводах обнаружили, что при длительной работе с чистым графитом после нескольких термических циклов происходит постепенное ухудшение однородности пластины. Поверхность подложки, по-видимому, изменяется медленно, и, следовательно, распределение тепла становится более нестабильным.

Использование подложек с покрытием из карбида кремния (SiC) для длительных производственных циклов означает, что подобные колебания однородности пластин встречаются реже, то есть на одном заводе переход на покрытие из SiC означает, что линии не нужно так часто корректировать при переходе от одной партии к другой.

Можно исследовать тепловые свойства. Чистый графит, по-видимому, приобретает некоторую температурную нестабильность на своей поверхности. Считается, что это связано как с медленными изменениями поверхности, так и с наличием какого-то неизвестного компонента в покрытии.

Покрытие из карбида кремния (SiC) фиксирует поверхность, предотвращая изменения, что обеспечивает постоянную передачу тепла. В светодиодах это приводит к тому, что при изменении температуры выращенного слоя длина волны/яркость также будут меняться.

Естественно, у использования подложек с покрытием из карбида кремния есть недостатки: их высокая цена и тот факт, что, хотя они и не содержат частиц, при растрескивании они будут выделять частицы, и, следовательно, могут вносить частицы, а не уменьшать их количество.

Поэтому необходимо тщательно контролировать и обслуживать их покрытия, чтобы предотвратить их деградацию до возникновения дефекта, хотя при использовании износостойких покрытий они должны прослужить некоторое время, после чего их следует заменить.

Стратегии технического обслуживания и очистки долговечных запасных частей Veeco

Поддержание деталей Veeco в хорошем состоянии увеличит срок их службы и обеспечит стабильность процесса эпитаксии. Со временем на подложках, облицовках и покрытых кольцах накапливаются остатки. Накопление остатков, даже в таких тонких слоях, которые можно идентифицировать, может повлиять на термический отклик по всей поверхности и привести к низкой стабильности процесса.

Один инженер сообщил о неравномерной яркости светодиодов или неудовлетворительных результатах обработки пластин, после чего выяснил, что причиной проблемы являются остатки материала. Для разных материалов следует разработать разные процедуры очистки. Детали из высокочистого графита не следует подвергать воздействию абразивных химикатов или абразивных методов чистки, поскольку эти методы могут привести к износу детали.

На некоторых производственных линиях для удаления отложений просто используют плазменную очистку с заданным временем или более щадящие химические методы. Также важно бережно обращаться с деталями, покрытыми карбидом кремния. Хотя эти детали относительно прочны, царапины и сколы, образовавшиеся во время очистки, со временем приведут к образованию мелких трещин, которые могут стать источником частиц. На одной из производственных линий эту проблему решили, используя более мягкие чистящие материалы и разработав более совершенную технику обращения с такими деталями.

Плановое управление сроком службы деталей также осуществляется после очистки. Даже беглый осмотр на предмет изменения цвета, микротрещин или неравномерного распределения блеска может выявить первые признаки отказа детали. Многие заводы используют мониторинг жизненного цикла деталей вместо замены компонентов по мере возникновения отказов. Компонент будет заменен до того, как проблема станет очевидной.

Вопрос хранения также часто недооценивается. Несмотря на свою чистоту, детали легко загрязняются пылью и влагой при хранении на открытом воздухе, поэтому перед следующим использованием их следует герметично упаковывать в чистые контейнеры.

Со временем становится очевидно, что залогом долгого срока службы детали являются мелочи, которые надежно выполняются каждый день. Бережный подход к процессу очистки, осторожное обращение и постоянный контроль срока службы детали могут существенно повлиять на стабильность процесса эпитаксии.