Uloga susceptora obloženih SiC-om u Veeco LED epitaksijalnim procesima

LED epitaksijalno okruženje je vrlo vruće i osjetljivo okruženje, a mala promjena okruženja rezultirat će različitom kvalitetom pločice. Susceptor je važan dio koji se nalazi u reaktoru. On podupire pločicu tijekom epitaksijalnog rasta, a također igra vrlo važnu ulogu u ravnomjernoj raspodjeli topline po cijeloj pločici. Većina Veeco LED epitaksijalnih sustava koristi grafitni susceptor obložen SiC premazom. SiC premaz može zaštititi grafit od oštećenja toplinom i kemikalijama te dati ujednačenu kvalitetu LED diode.

Kako CVD SiC premaz poboljšava toplinsku ujednačenost u Veeco EPIK alatima

Održavanje pločice na odgovarajućoj temperaturi tijekom izrade visokokvalitetnih LED dioda važno je razmatranje. KVB sic Premaz stvara glatku stabilnu površinu na grafitnom susceptoru koja ravnomjerno raspoređuje toplinu tijekom rasta SiC LED podloge.

Čak i kada ne CVD SIC premaz Ako se koristi, male varijacije unutar pojedinačnih grafita mogu dovesti do razlika u karakteristikama prijenosa topline na površini, međutim s kvalitetnijim CVD SiC premazom karakteristike prijenosa topline na površini značajno se poboljšavaju, a time i toplinski profil ujednačeniji. Jedan pogon imao je problema s neujednačenošću boje na svojim pločicama, uzrokovanom nejednolikim zagrijavanjem po površini. Međutim, korištenjem debljeg, kvalitetnijeg CVD SiC premaza i CVD TaC premaz je prevladao ovu nestabilnost.

Površinske nesavršenosti i ogrebotine CVD SiC premaza i CVD SiC sirovina visoke čistoće mogu povećati varijabilnost jer stvaraju neravnomjerne brzine rasta materijala ili moguće 'vruće točke' na površini premaza. Mnogi proizvođači rutinski provjeravaju premaze na habanje i pukotine promatranjem stanja CVD SiC premaza nakon niza ciklusa zagrijavanja. Susceptor se može rotirati tijekom CVD procesa kako bi se povećala ujednačenost i trajnost CVD SiC premaza.

Međutim, korištenje CVD SiC premaza ne može ukloniti sve varijacije, ali čini puno izvedivijom dosljednu proizvodnju osnovnih materijala za proizvodnju LED dioda u velikim razmjerima.

Funkcija visokočistoćnih grafitnih susceptora u LED epitaksiji

Susceptor podržava i održava pločicu na prilično stabilnoj temperaturi dok kristalni sloj raste. Obično se koristi grafit, a zapravo bi trebalo koristiti grafit visoke čistoće jer se može koristiti na izuzetno visokim temperaturama i neće se iskriviti.

Ova visoka toplinska vodljivost pomaže u prijenosu topline s grijaćih elemenata na pločicu i stabilizaciji temperature pločice dok sloj raste. Budući da male temperaturne varijacije uzrokuju promjenu rasta kristala, on bi trebao biti što konstantniji.

Čistoća je važan faktor kod korištenog grafita. Kontaminirani grafit sadrži metalne i druge nečistoće koje će se tijekom zagrijavanja ispuštati iz susceptora i taložiti na pločici uzrokujući kristalne defekte.

Neki su proizvođači primijetili porast neispravnih LED dioda korištenjem manje čistog grafita. Grafit visoke čistoće i stroži pregledi dali su bolje rezultate. Drugi problem je ravnost susceptora.

Nakon određenog broja ciklusa zagrijavanja i hlađenja, susceptor se može deformirati. To izobličenje utječe na protok plina i pozicioniranje pločice, što oboje utječe na stabilnost rasta sloja.

Smanjenje problema s česticama u epitaksiji optimiziranim dizajnom površine

Većina problema s česticama zapravo počinje s površinama na kojima su dijelovi i plinovi u kontaktu. Susceptori, obloge i slično mogu postupno otpuštati čestice s vremenom kako se njihove površine izgrebu ili istroše.

U procesnim plinovima na visokim temperaturama, male pukotine ili trošenje sloja premaza mogu proizvesti mikrofragmente koji bi putovali kroz reaktor i taložili se na pločicama. S dovoljno velikim promjerom, jedna čestica na jednoj površini pločice rezultirat će jednim defektom na konačnoj LED diodi.

Glatkoća će smanjiti mogućnost oslobađanja čestica, međutim, trebala bi biti otporna na ponovljene termičke promjene. Neki premazi mogu izgledati kao da imaju dobru površinu na sobnoj temperaturi, ali nakon više ciklusa razvijaju mikropukotine. Problemi s česticama često se javljaju postupno kada se dijelovi premaza istroše.

Kod mnogih procesnih dijelova, oštećenja su na rubu jer je taj dio koncentrirao najveće naprezanje. Kontroliranjem kvalitete, debljine premaza i koncentracije naprezanja na rubovima mogli bismo smanjiti trošenje.

Dakle, kako bi se spriječilo ljuštenje sloja premaza nakon svakog nanošenja, veza premaza i grafitnih podloga mora biti dobra. Česti pregledi na jakom svjetlu ili uzimanje uzoraka mogu upozoriti na ove probleme u razvoju.

Usporedba susceptora s golim grafitom i susceptora obloženih SiC-om u proizvodnji LED dioda

Iako se u izradi LED dioda koriste i susceptori s golim grafitom i oni s SiC premazom, njihovi radni parametri se vrlo razlikuju.

Razlozi korištenja golog grafita su njegova učinkovitost u prijenosu topline, velika izložena površina za prihvaćanje topline te relativno spora emisija čestica s površine nakon nekoliko sati rada, iako ima i druge nedostatke. To su relativno loša toplinska raspodjela, a velika površina čini ga reaktivnijim na plinove unutar komore te će stoga brže ispuštati čestice, iako je ovo sporo nakupljanje u mnogim slučajevima kompromis.

Susceptor obložen SiC-om prevladava neke od ovih problema dodatkom tvrdog zaštitnog premaza.

Mogli bismo pogledati tvornice LED dioda koje rade u velikim količinama kroz proizvodne cikluse gdje su potrebne dulje smjene. Neke tvornice otkrivaju da se tijekom dugog vremena rada s golim grafitom postupno mijenja ujednačenost pločice nakon nekoliko toplinskih ciklusa. Čini se da se površina susceptora sporo razvija i stoga raspodjela topline postaje nestabilnija.

Korištenje susceptora obloženih SiC-om za duge serije znači da je ova varijacija ujednačenosti pločice rjeđa, tj. s jednom tvornicom, prelazak na SiC obložene znači da se njihove linije ne moraju tako često podešavati pri prelasku iz različitih serija.

Toplinska svojstva mogu se istražiti. Čini se da goli grafit razvija određeni stupanj temperaturne nestabilnosti na svojoj površini. Smatra se da je to faktor spore promjene površine, a također i faktor neke nepoznate komponente premaza.

SiC premaz blokira površinu, sprječava promjene koje se događaju, što znači da je prijenos topline konstantan. Učinak koji to ima na LED diode je da ako je uzgojeni sloj podložan temperaturnim promjenama, valna duljina/svjetlina će se također promijeniti.

Naravno, postoje i nedostaci korištenja susceptora obloženih SiC-om; njihova cijena i to što, iako nemaju čestice, emitiraju čestice ako puknu, te stoga mogu uvesti čestice umjesto da ih smanje.

Stoga se moraju provoditi pažljivi postupci praćenja i održavanja njihovih premaza kako bi se spriječila degradacija prije nego što dođe do kvara, iako bi uz upotrebu premaza otpornih na habanje oni trebali trajati neko vrijeme, nakon čega bi se trebali zamijeniti.

Strategije održavanja i čišćenja za dugotrajne Veeco rezervne dijelove

Održavanje Veeco dijelova u dobrom stanju povećat će vijek trajanja dijelova i održati stabilnost procesa epitaksije. Ostaci se s vremenom nakupljaju na susceptorima, oblogama i obloženim prstenovima. Nakupljanje ostataka, čak i u slojevima tankim poput onih koji se mogu identificirati, može utjecati na toplinski odziv na površini i uzrokovati lošu konzistentnost procesa.

Jedan je inženjer izvijestio da je vidio nejednaku svjetlinu LED dioda ili loše rezultate rada pločice, a zatim je istražio ostatke kao izvor problema. Treba razviti različite postupke čišćenja za različite materijale. Dijelovi od grafita visoke čistoće ne smiju se izlagati abrazivnim kemikalijama ili abrazivnim metodama ribanja jer te metode mogu istrošiti dio.

Nekoliko proizvodnih linija jednostavno koristi vremenski ograničeno čišćenje plazmom ili konzervativnije kemijske metode za uklanjanje nakupina. Također je važno pažljivo rukovati dijelovima obloženim SiC-om. Iako je ovaj dio relativno robustan, udubljenja i ogrebotine nastale tijekom čišćenja na kraju će uzrokovati male pukotine koje mogu biti izvori čestica. Jedna proizvodna linija riješila je to korištenjem mekših materijala za čišćenje i razvojem bolje tehnike rukovanja tim dijelovima.

Rutinsko upravljanje životnim vijekom dijelova također se provodi nakon čišćenja. Samo brzo skeniranje promjene boje, mikropukotina ili neravnomjerno raspoređenog sjaja može uočiti prve znakove kvara dijela. Mnoge tvornice koriste praćenje životnog ciklusa dijelova umjesto da se oslanjaju na zamjenu komponenti na temelju kvara. Komponenta će biti zamijenjena prije nego što problem postane vidljiv.

Skladištenje se također često podcjenjuje. Iako čisti, dijelovi se lako kontaminiraju prašinom i vlagom kada se skladište na otvorenom te ih treba zatvoriti u čiste spremnike prije sljedeće upotrebe.

S vremenom postaje očito da su ključ dugog vijeka trajanja dijelova male stvari, koje se pouzdano izvode svaki dan. Da nježni pristup procesu čišćenja, pažljivo rukovanje i stalno praćenje vijeka trajanja dijela mogu značajno utjecati na stabilnost u procesu epitaksije.