Когда слышишь 'атомарные решетки карбида кремния', многие сразу представляют лабораторные условия, но на деле всё начинается с шихты — и здесь кроется главный подвох. В АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния мы с 2004 года знаем: если в шихте есть примеси железа, даже 0.1% — вся партия пойдет на абразивы, а не на полупроводники. Помню, в 2015-м попробовали ускорить рост кристаллов, увеличив температуру на 50°C. Результат? Трещины в 70% заготовок. Пришлось вернуться к старому методу — послойному осаждению при 1800°C, зато брак упал до 3%.
Наши технологи шутят: 'Атомарная решетка должна звенеть, как стекло, а не хрустеть, как уголь'. При полировке пластин до 150 мм мы отслеживаем дефекты через конфокальный микроскоп — малейшая дислокация в 10 нм уже критична. Особенно для подложек СВЧ-устройств, где теплопроводность выше 490 Вт/м·К — здесь даже следы кислорода в 5 ppm снижают параметры на 15%.
Однажды пришлось отказаться от партии кокса из Казахстана — в спектрограмме вылез пик алюминия. Пришлось экстренно закупать сырье с Урала, хотя оно на 12% дороже. Зато клиент из Зеленограда до сих пор с нами работает — их GaN-транзисторы на наших подложках показывают ресурс выше 8000 часов.
Сейчас экспериментируем с легированием азотом в газовой фазе — пока стабильность решетки оставляет желать лучшего. Но для светодиодов ультрафиолетового диапазона уже получили КПД 42% против 38% у стандартных образцов.
В 2018-м чуть не потеряли контракт с одним немецким институтом — их рентгеноструктурный анализ показал границы зерен в 'монокристалле'. Оказалось, термокомпенсаторы в печи работали с перебоем из-за скачков напряжения. Пришлось ставить стабилизаторы на каждую линию — дополнительные 2 млн рублей в год, зато вариативность параметров снизилась с 7% до 1.5%.
Особенно сложно с пластинами 4H-SiC для силовой электроники — здесь ориентация [0001] должна быть выдержана с точностью до 0.2°. Наш главный технолог Андрей до сих пор вспоминает, как в 2010-м из-за вибрации от компрессора получили углы разориентации 1.8° — вся партия ушла на термостойкие покрытия для трубопроводов.
Сейчас внедряем лазерную коррекцию решетки — пока дорого, но для медицинских детекторов излучения уже дало прирост разрешения на 30%. Хотя для массового производства рано — себестоимость пока в 3 раза выше стандартной.
Каждую партию проверяем на КР-спектрометре — пик LO-фононов при 796 см?1 должен быть острым, без 'плеч'. Как-то раз поставщик прислал 'очищенный' карбид кремния с содержанием бора 0.3 ppm — для солнечных элементов это смерть, КПД падает ниже 18%. Пришлось срочно организовывать поставки из Череповца, хотя логистика вышла на 20% дороже.
Для ветроэнергетики делаем подложки с пористостью менее 0.01% — здесь даже микроскопические пустоты приводят к пробою при 10 кВ. В прошлом месяце браковали 12 пластин из-за следов полировки алмазной суспензией 0.1 мкм — оказалось, абразив оставлял глубинные дефекты до 5 нм.
Сейчас ведем переговоры по поставкам для тяговых преобразователей — там нужна стойкость к тепловым циклам от -60°C до +250°C. Наши образцы выдержали 5000 циклов, но конкуренты предлагают 7000 — придется модернизировать систему отжига.
На сайте lzhy.ru мы честно пишем про минеральную продукцию, но 80% прибыли дает как раз карбид кремния для электроники. Хотя в 2004-м начинали с абразивов — тогда даже кокс покупали у металлургов, пока не поняли, что для полупроводников нужен спецкокс с зольностью <0.05%.
Никогда не экономим на газовых фильтрах — однажды сэкономили 200 тыс. рублей на фильтрах тонкой очистки, а потом потеряли 3 млн на браке из-за частиц пыли в камере роста. Теперь меняем фильтры каждые 2 недели, независимо от состояния.
Зато научились рециркулировать аргон — раньше уходило 120 литров в час, сейчас 40. Для пяти печей это экономит около 4 млн рублей в год — как раз хватает на обслуживание масс-спектрометра.
Пытались в 2021-м делать пористые структуры для катализа — технически получилось, но рыночная ниша оказалась занята китайцами с ценой вдвое ниже. Зато наработки пригодились для подложек MEMS-датчиков — там как раз нужна контролируемая шероховатость Rz 0.05 мкм.
Сейчас смотрим в сторону гетероструктур с нитридом галлия — для 5G-техники перспективно, но пока нестабильность адгезии не позволяет давать гарантии больше 2 лет. Хотя японские коллеги из ROHM уже демонстрировали образцы с ресурсом 10000 часов — возможно, стоит лицензировать их технологию напыления.
А вот от нанопористых мембран для фильтрации отказались — слишком специфичный рынок. Лучше сосредоточиться на атомарных решетках карбида кремния для силовой электроники, где наш опыт с 2004 года дает реальное преимущество перед новичками.
Всегда просите данные РФЭС — если видите пик кальция выше 0.01 at%, это брак. Как-то проверили 'премиум' партию из Южной Кореи — там оказался натрий 0.08%, который маскировали легированием азотом. Теперь только наш собственный карбид кремния используем для ответственных заказов.
Обязательно тестируйте на термоциклирование — даже если все параметры в норме, после 100 циклов '-55°C/+175°C' дефектные образцы дают трещины по границам зерен. В прошлом году так выявили проблему с охлаждением в двух печах — вовремя заменили теплообменники.
И главное — не гонитесь за дешевизной. Китайские аналоги иногда предлагают в 1.5 раза дешевле, но когда пересчитаешь потери на брак и переналадку оборудования — наши атомарные решетки карбида кремния от АО Ланьчжоу Хуая выходят выгоднее на 20-30% в долгосрочной перспективе.
