Úloha susceptorov s povlakom SiC v procesoch epitaxie LED diód Veeco

Prostredie LED epitaxie je veľmi horúce a citlivé prostredie a malá zmena prostredia bude mať za následok rozdielnu kvalitu doštičky. Susceptor je dôležitá súčasť, ktorá sa nachádza v reaktore. Podopiera doštičku počas epitaxného rastu a tiež zohráva veľmi dôležitú úlohu pri rovnomernom rozložení tepla na celú doštičku. Väčšina systémov Veeco LED epitaxie využíva grafitový susceptor potiahnutý povlakom SiC. Povlak SiC dokáže chrániť grafit pred poškodením teplom a chemikáliami a zabezpečuje jednotnú kvalitu LED.

Ako CVD SiC povlak zlepšuje tepelnú rovnomernosť v nástrojoch Veeco EPIK

Udržiavanie vhodnej teploty doštičky počas výroby vysokokvalitných LED diód je dôležitým faktorom. CVD sic Povlak vytvára hladký stabilný povrch na grafitovom susceptore, ktorý rovnomerne rozdeľuje teplo počas rastu SiC LED substrátu.

Aj keď nie CVD SIC povlak Ak sa používa, malé odchýlky v rámci jednotlivých grafitov môžu viesť k rozdielom v charakteristikách prenosu tepla na povrchu, avšak s kvalitnejším CVD SiC povlakom sa charakteristiky prenosu tepla na povrchu výrazne zlepšujú, a preto je tepelný profil rovnomernejší. Jedno zariadenie malo problémy s farebnými nerovnomernosťami na svojich doštičkách spôsobenými nerovnomerným ohrevom na ich povrchu. Avšak použitím hrubšieho, kvalitnejšieho CVD SiC a CVD TaC povlak prekonal túto nestabilitu.

Povrchové nedokonalosti a škrabance CVD SiC povlaku a Vysoko čistá CVD SiC surovina môžu zvýšiť variabilitu, pretože vytvárajú nerovnomerné rýchlosti rastu materiálu alebo možné „horúce miesta“ na povrchu povlaku. Mnohí výrobcovia bežne kontrolujú povlaky na opotrebovanie a praskliny pozorovaním stavu povlaku CVD SiC po sérii cyklov ohrevu. Susceptor sa môže počas procesu CVD otáčať, aby sa zvýšila rovnomernosť a trvanlivosť povlaku CVD SiC.

Použitie CVD SiC povlaku však neodstráni všetky variácie, ale výrazne uľahčuje konzistentnú výrobu základných materiálov pre výrobu LED diód vo veľkom meradle.

Funkcia vysoko čistých grafitových susceptorov v LED epitaxii

Susceptor podopiera a udržiava doštičku na pomerne stabilnej teplote, kým kryštalická vrstva rastie. Zvyčajne sa používa grafit a v skutočnosti by sa mal používať grafit vysokej čistoty, pretože sa dá použiť pri extrémne vysokých teplotách a nedeformuje sa.

Táto vysoká tepelná vodivosť pomáha pri prenose tepla z vykurovacích prvkov na doštičku a stabilizuje teplotu doštičky počas rastu vrstvy. Keďže malé teplotné zmeny spôsobujú zmenu rastu kryštálu, mal by byť čo najkonštantnejší.

Čistota je dôležitým faktorom pri výbere použitého grafitu. Kontaminovaný grafit obsahuje kovy a iné nečistoty, ktoré sa počas zahrievania uvoľňujú zo susceptora a usadzujú sa na doštičke, čo spôsobuje kryštálové defekty.

Niektorí výrobcovia zaznamenali nárast chybných LED diód pri použití menej čistého grafitu. Vysoko čistý grafit a prísnejšie kontroly priniesli lepšie výsledky. Ďalším problémom je plochosť susceptora.

Po niekoľkých cykloch ohrevu a chladenia sa susceptor môže deformovať. Toto skreslenie ovplyvňuje tok plynu a polohovanie doštičky, čo vplýva na stabilitu rastu vrstvy.

Zníženie problémov s časticami pri epitaxii prostredníctvom optimalizovaného dizajnu povrchu

Väčšina problémov s časticami v skutočnosti začína na povrchoch, s ktorými sú súčiastky a plyny v kontakte. Susceptory, vložky a podobne môžu postupne uvoľňovať častice, pretože ich povrchy sa poškriabajú alebo opotrebujú.

Vo vysokoteplotných procesných plynoch môžu malé praskliny alebo opotrebovanie povlakovej vrstvy spôsobiť mikroúlomky, ktoré by prechádzali reaktorom a usadzovali sa na doštičkách. Pri dostatočne veľkom priemere bude mať jedna častica na jednom povrchu doštičky za následok jeden defekt na výslednej LED dióde.

Hladkosť zníži riziko uvoľňovania častíc, mala by však byť schopná odolať opakovanému tepelnému cyklovaniu. Niektoré nátery sa môžu pri izbovej teplote javiť ako dobré, ale po mnohých cykloch sa na nich objavia mikrotrhlinky. Problémy s časticami sa často objavujú postupne, keď sa časti náteru opotrebujú.

Pri mnohých obrábaných súčiastkach dochádza k poškodeniu na okrajoch, pretože táto časť je vystavená najväčšiemu namáhaniu. Riadením kvality, hrúbky povlaku a koncentrácie napätia na okrajoch by sme mohli znížiť opotrebenie.

Aby sa zabránilo odlupovaniu povlakovej vrstvy po každom cykle, musí byť väzba medzi povlakom a grafitovými substrátmi dobrá. Častá kontrola pri jasnom svetle alebo odber vzoriek môžu poskytnúť varovanie pred týmito vznikajúcimi problémami.

Porovnanie susceptorov s holým grafitom a povlakom SiC pri výrobe LED diód

Hoci sa pri výrobe LED diód používajú susceptory s holým grafitom aj s povlakom SiC, ich prevádzkové parametre sa veľmi líšia.

Dôvody, prečo sa používa holý grafit, sú jeho efektívny prenos tepla, veľký exponovaný povrch na prijímanie tepla a relatívne pomalé uvoľňovanie častíc z povrchu po niekoľkých hodinách prevádzky, hoci má aj iné nevýhody. Ide o relatívne zlé rozloženie tepla a vysoký povrch, ktorý ho robí reaktívnejším na plyny v komore, a preto bude častice uvoľňovať rýchlejšie, hoci toto pomalé hromadenie je v mnohých prípadoch kompromisom.

Susceptor s povlakom SiC prekonáva niektoré z týchto problémov pridaním tvrdého ochranného povlaku.

Mohli by sme sa pozrieť na továrne na LED diódy, ktoré pracujú vo veľkom objeme prostredníctvom výrobných cyklov, kde sú potrebné dlhšie zmeny. Niektoré továrne zistili, že pri dlhých prevádzkových časoch s holým grafitom dochádza po niekoľkých tepelných cykloch k postupnému posunu uniformity doštičiek. Povrch susceptora sa zdá byť pomalší, a preto sa rozloženie tepla stáva nestabilnejším.

Použitie susceptorov s povlakom SiC pri dlhých sériách znamená, že táto zmena uniformity doštičiek je menej častá, t. j. v prípade jednej továrne prechod na povlak SiC znamená, že ich linky sa nemusia tak často upravovať pri prechode z rôznych šarží.

Tepelné vlastnosti je možné skúmať. Zdá sa, že holý grafit na svojom povrchu vyvíja určitý stupeň teplotnej nestability. Predpokladá sa, že je to spôsobené pomalou zmenou povrchu a tiež nejakou neznámou zložkou povlaku.

Povlak SiC uzamkne povrch, čím zabráni zmenám, čo znamená, že prenos tepla je konštantný. Účinok, ktorý to má na LED diódy, je taký, že ak je vytvorená vrstva vystavená teplotným zmenám, zmení sa aj vlnová dĺžka/jas.

Používanie susceptorov s povlakom SiC má prirodzene aj nevýhody: ich cena a to, že hoci neobsahujú častice, pri prasknutí ich uvoľňujú, a preto ich môžu skôr zavádzať, než znižovať.

Preto je potrebné zaviesť starostlivé monitorovanie a postupy údržby ich náterov, aby sa zabránilo degradácii ešte predtým, ako k poruche dôjde, hoci pri použití náterov odolných voči opotrebovaniu by mali vydržať určitý čas, po ktorom by sa mali vymeniť.

Stratégie údržby a čistenia pre náhradné diely Veeco s dlhou životnosťou

Udržiavanie dielov Veeco v dobrom stave predĺži ich životnosť a zachová stabilitu epitaxného procesu. Na susceptoroch, vložkách a potiahnutých krúžkoch sa časom hromadia zvyšky. Hromadenie zvyškov, dokonca aj v tak tenkých vrstvách, ako sú tie, ktoré je možné identifikovať, môže ovplyvniť tepelnú odozvu na povrchu a spôsobiť zlú konzistenciu procesu.

Jeden inžinier uviedol, že zaznamenal nerovnomerný jas LED diód alebo slabé výsledky na doštičkách a následne ako zdroj problému skúmal zvyšky. Pre rôzne materiály by sa mali vyvinúť rôzne postupy čistenia. Súčiastky z vysoko čistého grafitu by nemali byť vystavené abrazívnym chemikáliám ani abrazívnym metódam drhnutia, pretože tieto metódy môžu súčiastku opotrebovať.

Niekoľko výrobných liniek jednoducho používa časované plazmové čistenie alebo konzervatívnejšie chemické metódy na odstránenie nánosov. Je tiež dôležité opatrne zaobchádzať s dielmi potiahnutými SiC. Hoci je tento diel relatívne robustný, zárezy a škrabance vzniknuté počas čistenia nakoniec spôsobia malé praskliny, ktoré môžu byť zdrojom častíc. Jedna výrobná linka to vyriešila použitím mäkších čistiacich materiálov a vývojom lepšej techniky manipulácie s týmito dielmi.

Po čistení sa vykonáva aj rutinná kontrola životnosti súčiastok. Už len rýchla kontrola zmeny farby, mikrotrhlín alebo nerovnomerne rozloženého lesku dokáže odhaliť prvé známky poruchy súčiastky. Mnoho tovární používa monitorovanie životného cyklu súčiastok namiesto toho, aby sa spoliehali na výmenu súčiastok na základe poruchy. Súčiastka bude vymenená skôr, ako sa problém stane viditeľným.

Skladovanie sa tiež často podceňuje. Aj keď sú diely čisté, pri skladovaní vonku sa ľahko kontaminujú prachom a vlhkosťou a pred ďalším použitím by sa mali uzavrieť v čistých nádobách.

Postupom času sa ukáže, že kľúčom k dlhej životnosti súčiastok sú malé veci, vykonávané spoľahlivo každý deň. Že šetrný prístup k procesu čistenia, opatrná manipulácia a neustále monitorovanie životnosti súčiastok môžu významne ovplyvniť stabilitu epitaxného procesu.