石墨于半导体制造应用：不可或缺的关键材料

在半导体这一高科技范畴之中，有一类材料存在于其中，这类材料不太显眼，不过却有着极其关键的作用，这种材料是石墨，从碳化硅晶体的生长开始说起，再到离子注入，然后到外延工艺，石墨默默无声地对芯片制造的多个关键环节给予支撑，可以称得上是半导体产业的“隐形英雄” 。

石墨的基本特性

石墨是一种矿物，该矿物由碳元素构成，它通常处于地壳深处的变质岩之中，它是由富含有机质的沉积岩历经长时间高温高压作用转变而成的，这一形成过程给予石墨独特晶体结构还有物理化学性质，石墨比表面积一般在1到20平方米每克的范围之间，在隔绝氧气的环境里面，它能够承受超过3000摄氏度的高温，它是目前已知比较耐高温的矿物之一 。

具有外层状排列的碳原子，构成了石墨，这样的结构使其具备良好的导电性，还具备良好的导热性，在半导体制造进程当中，石墨部件要承受极端温度，也要承受环境条件，其具有稳定化学性质，具备耐高温特性，这显得格外重要，这些特性致使石墨成为半导体设备里不可替代的关键材料。

在碳化硅长晶中的应用

在碳化硅晶体制备进程当中，等静压石墨被用于制造好些关键部件，石墨坩埚是其中的一个核心元件，它能够用于合成碳化硅原料，并且还可以在高温环境里辅助晶体生长，这种坩埚可以承受长晶过程中的极端温度，从而保证原料均匀受热并且维持化学稳定性 。

碳化硅在进行长晶的过程当中，石墨加热器同样是不可或缺的，它能借助提供均匀的热场分布，以此来确保碳化硅晶体在稳定的温度环境里生长，无论是6英寸晶圆的生产，还是8英寸晶圆的生产，石墨加热器都能够维持精确的温度控制，而这对于获取高质量的单晶碳化硅而言是十分关键的。

离子注入工艺中的角色

于离子注入工艺当中，等静压石墨主要用来制造离子注入机的关键部件，这些部件在高温状况下要保持稳定，也需在高能离子轰击情形下保持稳定，石墨具备耐高温的特性，石墨拥有抗辐射的特性，其特性恰好可以满足这些要求，石墨部件能够保证离子束精准地注入半导体材料里面，从而达成预期的掺杂效果 。

在离子注入进程当中，石墨发挥着它的保护功效，它能够切实有效地阻拦杂质进行广泛传播扩散，以此确保注入工艺所处的纯净状态程度，与此同时，具有良好导电性能的石墨部件，对防止静电持续不断积累存在一定帮助，进而为离子注入过程的稳定性以及重复性给予坚实保障 。

外延工艺中的贡献

在被大量应用的外延工艺里，石墨被使用于化学气相沉积设备，它常常以被制作成石墨托盘的形式出现，它还以被制作成石墨加热器的形式存在，这些部件需要在高温环境下工作很长时间，石墨具备的高导热性能能够确保反应室内的温度分布处于均匀状态，这对于获取高质量的外延薄膜是非常重要的 。

在外延过程中，石墨托盘会承载硅片，其平整度会直接对外延层质量产生影响，热稳定性也会直接对外延层质量产生影响，缘何这般说呢，是因为石墨热膨胀系数跟硅材料相近，温度出现变化时它能维持尺寸稳定，这有助于防止外延过程中产生应力，这也有助于防止外延过程里产生缺陷 。

与其他材料的对比

和铜这类传统电极材料相比，石墨有显著优势，在二十世纪六十年代，铜电极使用率达百分之九十，而石墨仅占百分之十，但是，随着技术进步，石墨电极加工速度比铜快二至五倍，这会大幅提升生产效率，石墨密度是铜的五分之一，制造大型电极时，能明显减轻设备负担。

放电加工时，石墨电极会出现自保护情形，火花油中的碳原子在高温下分解，于石墨表面构建起一道保护膜，此情况有效补偿了电极的损耗，相比之下，铜电极加工后需借助手工修整以去除毛刺，而石墨加工后几乎无毛刺，它更契合自动化生产 。

未来发展前景

半导体工艺朝着更小制程迈进，对石墨材料纯净程度提出更严苛要求，对石墨材料平整程度提出更严苛要求，研究人员正致力于开发新型石墨材料，目的是满足下一代半导体制造需求，在5纳米及以下制程里，石墨部件要拥有更高热稳定性，在5纳米及以下制程里，石墨部件要拥有更低杂质含量。

在第三代半导体材料制造当中，石墨会发挥更大作用，像氮化镓以及碳化硅这类材料，它们的制造需要更高的加工温度，而石墨耐高温的特性恰好能够满足这样的需求，随着半导体技术不断发展，未来石墨这个所谓的“隐形英雄”重要性还会进一步得到提升。

于当下半导体技术迅猛发展之时，您觉得石墨材质在未来还会于哪些新兴领域发挥关键作用呢 ，欢迎在评论区分享您的观点，若感觉此文有帮助，请点赞给予支持并分享给更多朋友 。