Namai > žinios > Įmonės naujienos

TaC padengtų grafito komponentų taikymo ir plėtros iššūkiai

2024-05-23

Atsižvelgiant į silicio karbido (SiC) plokštelių augimą, tradicinės grafito medžiagos ir anglies-anglies kompozitai, naudojami šiluminiame lauke, susiduria su dideliais iššūkiais atlaikant sudėtingą atmosferą 2300 ° C temperatūroje (Si, SiC₂, Si₂C). Šios medžiagos ne tik turi trumpą eksploatavimo laiką, todėl po 1–10 krosnies ciklų reikia pakeisti skirtingas dalis, bet ir sublimuojasi bei garuoja aukštoje temperatūroje. Dėl to gali susidaryti anglies intarpai ir kiti kristalų defektai. Siekiant užtikrinti aukštą puslaidininkinių kristalų kokybę ir stabilų augimą, atsižvelgiant į pramoninės gamybos sąnaudas, būtina paruošti itin aukštai temperatūrai ir korozijai atsparias keramines dangas ant grafito komponentų. Šios dangos prailgina grafito dalių tarnavimo laiką, slopina priemaišų migraciją ir padidina kristalų grynumą. SiC epitaksinio augimo metu SiC dengtos grafito bazės paprastai naudojamos monokristaliniams substratams palaikyti ir šildyti. Tačiau šių bazių eksploatavimo laiką vis dar reikia tobulinti ir jas reikia periodiškai valyti, kad būtų pašalintos SiC nuosėdos iš sąsajų. Palyginimui, tantalasKarbido (TaC) dangospasižymi puikiu atsparumu korozinei atmosferai ir aukštai temperatūrai, todėl jie yra itin svarbi technologija siekiant optimalaus SiC kristalų augimo.

Lydymosi temperatūra 3880°C,TaCpasižymi dideliu mechaniniu stiprumu, kietumu ir atsparumu šiluminiam smūgiui. Jis išlaiko puikų cheminį inertiškumą ir terminį stabilumą esant aukštai temperatūrai, kurioje yra amoniako, vandenilio ir silicio turinčių garų. Grafitinės (anglies-anglies kompozito) medžiagos, padengtosTaCyra labai perspektyvūs kaip tradicinių didelio grynumo grafito, pBN dengtų ir SiC dengtų komponentų pakaitalai. Be to, aviacijos ir kosmoso srityjeTaCturi didelį potencialą naudoti kaip aukštai temperatūrai atspari oksidacijai ir abliacijai atspari danga, siūlanti plačias pritaikymo galimybes. Tačiau pasiekti tankų, vienodą ir nesilupantTaC dangagrafito paviršių ir pramoninio masto gamybos skatinimas kelia keletą iššūkių. Apsauginių dangos mechanizmų supratimas, naujoviški gamybos procesai ir konkuravimas su aukščiausiais tarptautiniais standartais yra labai svarbūs trečios kartos puslaidininkių augimui ir epitaksinei plėtrai.

Apibendrinant galima pasakyti, kad TaC dengtų grafito komponentų kūrimas ir taikymas yra labai svarbūs siekiant tobulinti SiC plokštelių auginimo technologiją. Sprendžiant iššūkiusTaC dangaparuošimas ir industrializacija bus labai svarbūs siekiant užtikrinti aukštos kokybės puslaidininkių kristalų augimą ir išplėsti jų naudojimąTaC dangosįvairiose aukštos temperatūros srityse.



1. TaC padengtų grafito komponentų taikymas


(1) Tiglis, sėklų kristalų laikiklis ir srauto vamzdisPVT SiC ir AlN pavienių kristalų augimas



Taikant fizinio garų transportavimo (PVT) metodą SiC paruošimui, sėklų kristalas dedamas į santykinai žemos temperatūros zoną, o SiC žaliava yra aukštos temperatūros zonoje (virš 2400 °C). Žaliava suyra, kad susidarytų dujinės rūšys (SiXCy), kurios iš aukštos temperatūros zonos transportuojamos į žemos temperatūros zoną, kurioje yra sėklų kristalas. Šiam procesui, apimančiam branduolių susidarymą ir augimą, kad susidarytų pavieniai kristalai, reikia šilumos lauko medžiagų, tokių kaip tigliai, srauto žiedai ir sėklinių kristalų laikikliai, kurie būtų atsparūs aukštai temperatūrai ir neužterštų SiC žaliavos ir kristalų. Panašūs reikalavimai taikomi AlN monokristalų auginimui, kai kaitinimo elementai turi būti atsparūs Al garų ir N2 korozijai ir turėti aukštą eutektinę temperatūrą, kad sutrumpėtų kristalų paruošimo ciklas.

Tyrimai parodė, kad naudojantTaC dengtos grafito medžiagosSiC ir AlN ruošimo šilumos lauke gaunami švaresni kristalai su mažiau anglies, deguonies ir azoto priemaišų. Kraštų defektai sumažinami iki minimumo, o varža skirtinguose regionuose yra žymiai sumažinta, taip pat mikroporų ir ėsdinimo duobių tankis, o tai labai pagerina kristalų kokybę. Be to,TaCtiglis rodo nedidelį svorio sumažėjimą ir be žalos, todėl jį galima pakartotinai naudoti (iki 200 valandų), o tai padidina monokristalų paruošimo tvarumą ir efektyvumą.



(2 ) Šildytuvas MOCVD GaN epitaksinio sluoksnio augimui


MOCVD GaN augimas apima cheminio nusodinimo garais technologijos naudojimą plonoms plėvelėms epitaksiškai auginti. Dėl kameros temperatūros tikslumo ir vienodumo šildytuvas yra labai svarbus komponentas. Jis turi nuosekliai ir tolygiai šildyti pagrindą ilgą laiką ir išlaikyti stabilumą aukštoje temperatūroje, veikiant korozinėms dujoms.

Siekiant pagerinti MOCVD GaN sistemos šildytuvo veikimą ir perdirbamumą,TaC dengtas grafitasšildytuvai buvo sėkmingai pristatyti. Palyginti su tradiciniais šildytuvais su pBN dangomis, TaC šildytuvai pasižymi panašiais kristalų struktūros, storio vienodumo, būdingų defektų, priemaišų dopingo ir užterštumo lygiais. Maža varža ir paviršiaus spinduliuotėTaC dangapadidinti šildytuvo efektyvumą ir vienodumą, sumažinant energijos sąnaudas ir šilumos išsklaidymą. Reguliuojamas dangos poringumas dar labiau pagerina šildytuvo spinduliavimo charakteristikas ir prailgina jo tarnavimo laiką, todėlTaC dengtas grafitasšildytuvai yra puikus pasirinkimas MOCVD GaN augimo sistemoms.

2 pav. (a) GaN epitaksinio augimo MOCVD aparato schema

b) suformuotas TaC dengtas grafito šildytuvas, sumontuotas MOCVD sąrankoje, išskyrus pagrindą ir atramas (įdėklas rodo pagrindą ir atramas kaitinant)

c)TaC dengtas grafito šildytuvas po 17 GaN epitaksinio augimo ciklų



(3)Epitaksinės dangos padėklai (vaflių laikikliai)



Plokščių laikikliai yra svarbūs struktūriniai komponentai ruošiant ir epitaksiškai auginant trečiosios kartos puslaidininkines plokšteles, tokias kaip SiC, AlN ir GaN. Dauguma plokštelių laikiklių yra pagaminti iš grafito ir padengti SiC, kad būtų atsparūs korozijai nuo proceso dujų, veikiančių 1100–1600 °C temperatūros diapazone. Apsauginės dangos antikorozinis gebėjimas yra labai svarbus laikiklio eksploatavimo trukmei.

Tyrimai rodo, kad aukštos temperatūros amoniako ir vandenilio aplinkoje TaC korozijos greitis yra žymiai lėtesnis nei SiC, todėlPadengtas TaCpadėklai labiau suderinami su mėlynais GaN MOCVD procesais ir neleidžia patekti į nešvarumus. LED našumas padidintas naudojantTaC vežėjaiyra panašus į tradicinius SiC nešiklius, suPadengtas TaCpadėklai, demonstruojantys ilgesnę tarnavimo laiką.

3 pav. Plokščių padėklai, naudojami MOCVD įrangoje (Veeco P75) GaN epitaksiniam augimui. Kairėje pusėje esantis padėklas yra padengtas TaC, o dešinėje esantis dėklas – SiC



2. TaC padengtų grafito komponentų iššūkiai



Sukibimas:Šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumas tarpTaCir anglies medžiagos lemia mažą dangos sukibimo stiprumą, todėl ji yra linkusi į skilinėjimą, poringumą ir šiluminį įtampą, o tai gali sukelti dangos išsisluoksniavimą korozinėje atmosferoje ir pasikartojančius temperatūros ciklus.

Grynumas: TaC dangosturi išlaikyti itin aukštą grynumą, kad aukštoje temperatūroje nepatektų priemaišų. Reikia nustatyti laisvos anglies ir vidinių priemaišų dangoje vertinimo standartus.

Stabilumas:Atsparumas aukštai temperatūrai virš 2300°C ir cheminei atmosferai yra labai svarbus. Defektai, tokie kaip skylutės, įtrūkimai ir monokristalų grūdelių ribos, yra jautrūs korozinių dujų įsiskverbimui, todėl danga sugenda.

Atsparumas oksidacijai:TaCpradeda oksiduotis aukštesnėje nei 500°C temperatūroje, sudarydamas Ta2O5. Oksidacijos greitis didėja didėjant temperatūrai ir deguonies koncentracijai, pradedant nuo grūdelių ribų ir mažų grūdelių, o tai lemia reikšmingą dangos degradaciją ir galimą išsisluoksniavimą.

Tolygumas ir šiurkštumas: Nenuoseklus dangos pasiskirstymas gali sukelti vietinį šiluminį įtampą, padidindamas įtrūkimų ir išsisluoksniavimo riziką. Paviršiaus šiurkštumas turi įtakos sąveikai su išorine aplinka, o didesnis šiurkštumas padidina trintį ir netolygius šiluminius laukus.

Grūdų dydis:Vienodas grūdelių dydis padidina dangos stabilumą, o mažesni grūdeliai yra linkę į oksidaciją ir koroziją, todėl padidėja poringumas ir sumažėja apsauga. Didesni grūdai gali sukelti šiluminio streso sukeltą išsisluoksniavimą.


3. Išvada ir perspektyva



TaC dengti grafito komponentai turi didelę rinkos paklausą ir plačias pritaikymo perspektyvas. Pagrindinė gamybaTaC dangosšiuo metu priklauso nuo CVD TaC komponentų, tačiau didelė kaina ir ribotas CVD įrangos nusodinimo efektyvumas dar nepakeitė tradicinių SiC dengtų grafito medžiagų. Sukepinimo metodai gali veiksmingai sumažinti žaliavų sąnaudas ir pritaikyti sudėtingas grafito formas, tenkinant įvairius taikymo poreikius. Tokios įmonės kaip AFTech, CGT Carbon GmbH ir Toyo Tanso subrendoTaC dangaprocesus ir dominuoti rinkoje.

Kinijoje plėtraTaC dengti grafito komponentaivis dar yra eksperimentinės ir ankstyvosios industrializacijos stadijose. Tobulinti pramonę, optimizuoti dabartinius paruošimo metodus, ištirti naujus aukštos kokybės TaC dengimo procesus ir suprastiTaC dangaapsaugos mechanizmai ir gedimo režimai yra būtini. PlečiaTaC dangos pritaikymasreikalauja nuolatinių inovacijų iš mokslinių tyrimų institucijų ir įmonių. Augant vidaus trečiosios kartos puslaidininkių rinkai, didės aukštos kokybės dangų paklausa, todėl vietinės alternatyvos taps ateities pramonės tendencija.**






X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept