Technologie de purification du graphite dans un semi-conducteur SiC

Application du graphite dans les semi-conducteurs SiC et importance de la pureté

Graphiteest essentiel dans la production de semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC), connus pour leurs propriétés thermiques et électriques exceptionnelles. Cela rend le SiC idéal pour les applications haute puissance, haute température et haute fréquence. Dans la fabrication de semi-conducteurs SiC,graphiteest couramment utilisé pourcreusets, appareils de chauffage et autres composants de traitement à haute températureen raison de son excellente conductivité thermique, de sa stabilité chimique et de sa résistance aux chocs thermiques. Cependant, l’efficacité du graphite dans ces rôles dépend fortement de sa pureté. Les impuretés présentes dans le graphite peuvent introduire des défauts indésirables dans les cristaux de SiC, dégrader les performances des dispositifs semi-conducteurs et réduire le rendement global du processus de fabrication. Avec la demande croissante de semi-conducteurs SiC dans des secteurs tels que les véhicules électriques, les énergies renouvelables et les télécommunications, le besoin en graphite ultra-pur est devenu plus critique. Le graphite de haute pureté garantit le respect des exigences de qualité strictes des semi-conducteurs SiC, permettant aux fabricants de produire des dispositifs offrant des performances et une fiabilité supérieures. Par conséquent, le développement de méthodes de purification avancées pour atteindre une ultra-haute pureté dansgraphiteest essentiel pour prendre en charge la prochaine génération de technologies de semi-conducteurs SiC.

Purification physicochimique

Les progrès continus de la technologie de purification et le développement rapide de la technologie des semi-conducteurs de troisième génération ont conduit à l’émergence d’une nouvelle méthode de purification du graphite connue sous le nom de purification physico-chimique. Cette méthode consiste à placerproduits en graphitedans un four sous vide pour le chauffage. En augmentant le vide dans le four, les impuretés contenues dans les produits en graphite se volatiliseront lorsqu'elles atteindront leur pression de vapeur saturée. De plus, du gaz halogène est utilisé pour convertir les oxydes à point de fusion et d'ébullition élevés contenus dans les impuretés du graphite en halogénures à point de fusion et d'ébullition bas, obtenant ainsi l'effet de purification souhaité.

Produits en graphite de haute puretépour les semi-conducteurs de troisième génération, le carbure de silicium subit généralement une purification à l'aide de méthodes physiques et chimiques, avec une exigence de pureté ≥99,9995 %. En plus de la pureté, il existe des exigences spécifiques concernant la teneur en certains éléments d'impuretés, tels que la teneur en impuretés B ≤0,05 × 10^-6 et la teneur en impuretés Al ≤0,05 ×10^-6.

L'augmentation de la température du four et du niveau de vide entraîne la volatilisation automatique de certaines impuretés dans les produits en graphite, permettant ainsi l'élimination des impuretés. Pour les éléments d'impuretés nécessitant des températures plus élevées pour être éliminés, du gaz halogène est utilisé pour les convertir en halogénures avec des points de fusion et d'ébullition plus bas. Grâce à la combinaison de ces méthodes, les impuretés du graphite sont efficacement éliminées.

Par exemple, du chlore gazeux du groupe halogène est introduit pendant le processus de purification pour convertir les oxydes des impuretés du graphite en chlorures. En raison des points de fusion et d'ébullition nettement inférieurs des chlorures par rapport à leurs oxydes, les impuretés du graphite peuvent être éliminées sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des températures très élevées.

Processus de purification

Avant de purifier les produits en graphite de haute pureté utilisés dans les semi-conducteurs SiC de troisième génération, il est essentiel de déterminer le plan de traitement approprié en fonction de la pureté finale souhaitée, des niveaux d'impuretés spécifiques et de la pureté initiale des produits en graphite. Le processus doit se concentrer sur l’élimination sélective des éléments critiques tels que le bore (B) et l’aluminium (Al). Le plan de purification est formulé en évaluant les niveaux de pureté initiaux et cibles, ainsi que les exigences relatives à des éléments spécifiques. Cela implique de sélectionner le processus de purification optimal et le plus rentable, qui comprend la détermination des paramètres du gaz halogène, de la pression du four et de la température du processus. Ces données de processus sont ensuite entrées dans l'équipement de purification pour exécuter la procédure. Après purification, des tests tiers sont effectués pour vérifier la conformité aux normes requises, et les produits qualifiés sont livrés à l'utilisateur final.