Aplikasi bagian grafit berlapis tac dalam tungku kristal tunggal

PenerapanBagian grafit berlapis tacdalam tungku kristal tunggal

Bagian/1

Dalam pertumbuhan kristal tunggal SiC dan ALN ​​menggunakan metode transportasi uap fisik (PVT), komponen penting seperti wadah, pemegang benih, dan cincin pemandu memainkan peran penting. Seperti yang digambarkan pada Gambar 2 [1], selama proses PVT, kristal benih diposisikan di daerah suhu yang lebih rendah, sedangkan bahan baku SiC terpapar suhu yang lebih tinggi (di atas 2400 ℃). Hal ini mengarah pada dekomposisi bahan baku, menghasilkan senyawa enam (terutama termasuk Si, sic₂, si₂c, dll.). Bahan fase uap kemudian diangkut dari daerah suhu tinggi ke kristal biji di daerah suhu rendah, menghasilkan pembentukan inti biji, pertumbuhan kristal, dan generasi kristal tunggal. Oleh karena itu, bahan medan termal yang digunakan dalam proses ini, seperti crucible, cincin pemandu aliran, dan dudukan kristal biji, perlu menunjukkan resistensi suhu tinggi tanpa mencemari bahan baku SiC dan kristal tunggal. Demikian pula, elemen pemanasan yang digunakan dalam pertumbuhan kristal ALN harus menahan uap AL dan korosi N₂, sementara juga memiliki suhu eutektik yang tinggi (dengan ALN) untuk mengurangi waktu persiapan kristal.

Telah diamati bahwa penggunaan bahan medan termal grafit berlapis TaC untuk pembuatan SiC [2-5] dan AlN [2-3] menghasilkan produk yang lebih bersih dengan sedikit karbon (oksigen, nitrogen), dan pengotor lainnya. Material ini menunjukkan cacat tepi yang lebih sedikit dan resistivitas yang lebih rendah di setiap wilayah. Selain itu, kepadatan mikropori dan lubang etsa (setelah etsa KOH) berkurang secara signifikan, sehingga menghasilkan peningkatan substansial dalam kualitas kristal. Selain itu, wadah TaC menunjukkan penurunan berat hampir nol, mempertahankan tampilan non-destruktif, dan dapat didaur ulang (dengan masa pakai hingga 200 jam), sehingga meningkatkan keberlanjutan dan efisiensi proses persiapan kristal tunggal.

ARA. 2. (a) Diagram skema alat penumbuh ingot kristal tunggal SiC dengan metode PVT

(B) Braket biji berlapis TAC teratas (termasuk biji sic)

(c) Cincin panduan grafit berlapis tac

Pemanas pertumbuhan lapisan epitaxial mocvd gan

Bagian/2

Di bidang MOCVD (Deposisi Uap Kimia Logam-Organik) Pertumbuhan Gan, teknik penting untuk pertumbuhan epitaxial uap film tipis melalui reaksi dekomposisi organometalik, pemanas memainkan peran penting dalam mencapai kontrol suhu yang tepat dan keseragaman dalam ruang reaksi. Seperti diilustrasikan pada Gambar 3 (a), pemanas dianggap sebagai komponen inti dari peralatan MOCVD. Kemampuannya untuk memanaskan substrat dengan cepat dan seragam dalam periode yang lama (termasuk siklus pendinginan berulang), tahan terhadap suhu tinggi (menolak korosi gas), dan mempertahankan kemurnian film secara langsung berdampak pada kualitas deposisi film, konsistensi ketebalan, dan kinerja chip.

Untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi daur ulang pemanas dalam sistem pertumbuhan MOCVD GaN, pengenalan pemanas grafit berlapis TaC telah berhasil. Berbeda dengan pemanas konvensional yang menggunakan lapisan pBN (pirolitik boron nitrida), lapisan epitaksi GaN yang ditumbuhkan menggunakan pemanas TaC menunjukkan struktur kristal yang hampir identik, keseragaman ketebalan, pembentukan cacat intrinsik, doping pengotor, dan tingkat kontaminasi. Selain itu, lapisan TaC menunjukkan resistivitas rendah dan emisivitas permukaan rendah, menghasilkan peningkatan efisiensi dan keseragaman pemanas, sehingga mengurangi konsumsi daya dan kehilangan panas. Dengan mengontrol parameter proses, porositas lapisan dapat disesuaikan untuk lebih meningkatkan karakteristik radiasi pemanas dan memperpanjang umurnya [5]. Keunggulan ini menjadikan pemanas grafit berlapis TaC sebagai pilihan yang sangat baik untuk sistem pertumbuhan MOCVD GaN.

ARA. 3. (a) Diagram skematik perangkat MOCVD untuk pertumbuhan epitaxial GaN

(b) Pemanas grafit berlapis TAC yang dipasang pada pengaturan MOCVD, tidak termasuk alas dan braket (ilustrasi menunjukkan alas dan braket dalam pemanasan)

(c) Pemanas grafit berlapis tac setelah 17 GAN pertumbuhan epitaxial. 

Kerentanan yang dilapisi untuk Epitaxy (wafer carrier)

Bagian/3

Pembawa wafer, komponen struktural penting yang digunakan dalam pembuatan wafer semikonduktor kelas tiga seperti SiC, AlN, dan GaN, memainkan peran penting dalam proses pertumbuhan wafer epitaksi. Biasanya terbuat dari grafit, pembawa wafer dilapisi dengan SiC untuk menahan korosi dari gas proses dalam kisaran suhu epitaksi 1100 hingga 1600 °C. Ketahanan korosi pada lapisan pelindung secara signifikan berdampak pada umur pembawa wafer. Hasil percobaan menunjukkan bahwa TaC menunjukkan laju korosi sekitar 6 kali lebih lambat dibandingkan SiC ketika terkena amonia suhu tinggi. Dalam lingkungan hidrogen bersuhu tinggi, laju korosi TaC bahkan 10 kali lebih lambat dibandingkan SiC.

Bukti eksperimental telah menunjukkan bahwa baki yang dilapisi dengan TAC menunjukkan kompatibilitas yang sangat baik dalam proses MOCVD GAN cahaya biru tanpa memperkenalkan kotoran. Dengan penyesuaian proses yang terbatas, LED yang ditumbuhkan menggunakan pembawa TAC menunjukkan kinerja dan keseragaman yang sebanding dengan yang ditanam menggunakan pembawa SIC konvensional. Akibatnya, masa pakai pembawa wafer berlapis tac melampaui bahwa pembawa grafit yang tidak dilapisi dan berlapis SIC.

Angka. Baki Wafer Setelah digunakan dalam perangkat MOCVD yang ditanam epitaxial GAN ​​(Veeco P75). Yang di sebelah kiri dilapisi dengan TAC dan yang di sebelah kanan dilapisi dengan SiC.

Metode persiapannya umumBagian grafit dilapisi TaC

Bagian/1

Metode CVD (Deposisi Uap Kimia):

Pada 900-2300℃, menggunakan TaCl5 dan CnHm sebagai tantalum dan sumber karbon, H₂ sebagai atmosfer pereduksi, gas pembawa Ar₂as, film deposisi reaksi. Lapisan yang disiapkan kompak, seragam dan kemurniannya tinggi. Namun terdapat beberapa permasalahan seperti proses yang rumit, biaya yang mahal, kontrol aliran udara yang sulit dan efisiensi pengendapan yang rendah.

Bagian/2

Metode sintering bubur:

Bubur yang mengandung sumber karbon, sumber tantalum, pendispersi dan pengikat dilapisi pada grafit dan disinter pada suhu tinggi setelah pengeringan. Lapisan yang disiapkan tumbuh tanpa orientasi teratur, berbiaya rendah dan cocok untuk produksi skala besar. Masih harus dieksplorasi untuk mencapai lapisan seragam dan penuh pada grafit besar, menghilangkan cacat dukungan dan meningkatkan kekuatan ikatan lapisan.

Bagian/3

Metode penyemprotan plasma:

Bubuk TAC dilelehkan oleh busur plasma pada suhu tinggi, diatomisasi menjadi tetesan suhu tinggi oleh jet berkecepatan tinggi, dan disemprotkan ke permukaan bahan grafit. Mudah untuk membentuk lapisan oksida di bawah non-vakum, dan konsumsi energi besar.

Bagian grafit berlapis TaC perlu dipecahkan

Bagian/1

Kekuatan Binding:

Koefisien ekspansi termal dan sifat fisik lainnya antara TAC dan bahan karbon berbeda, kekuatan ikatan pelapis rendah, sulit untuk menghindari retakan, pori -pori dan tegangan termal, dan lapisan mudah dikupas di atmosfer yang sebenarnya yang mengandung busuk dan Proses meningkat dan pendinginan berulang.

Bagian/2

Kemurnian:

Lapisan TaC harus memiliki kemurnian sangat tinggi untuk menghindari pengotor dan polusi dalam kondisi suhu tinggi, dan standar kandungan efektif serta standar karakterisasi karbon bebas dan pengotor intrinsik pada permukaan dan bagian dalam lapisan penuh perlu disetujui.

Bagian/3

Stabilitas:

Ketahanan suhu tinggi dan ketahanan atmosfer kimia di atas 2300℃ merupakan indikator terpenting untuk menguji stabilitas lapisan. Lubang kecil, retakan, sudut hilang, dan batas butir dengan orientasi tunggal mudah menyebabkan gas korosif menembus dan menembus ke dalam grafit, sehingga mengakibatkan kegagalan perlindungan lapisan.

Bagian/4

Resistensi oksidasi:

TaC mulai teroksidasi menjadi Ta2O5 ketika suhunya di atas 500℃, dan laju oksidasi meningkat tajam seiring dengan peningkatan suhu dan konsentrasi oksigen. Oksidasi permukaan dimulai dari batas butir dan butiran kecil, dan secara bertahap membentuk kristal kolumnar dan kristal pecah, menghasilkan banyak celah dan lubang, dan infiltrasi oksigen meningkat hingga lapisan terkelupas. Lapisan oksida yang dihasilkan memiliki konduktivitas termal yang buruk dan tampilan warna yang beragam.

BAGIAN/5

Keseragaman dan kekasaran:

Distribusi permukaan lapisan yang tidak merata dapat menyebabkan konsentrasi tegangan termal lokal, sehingga meningkatkan risiko retak dan terkelupas. Selain itu, kekasaran permukaan secara langsung mempengaruhi interaksi antara lapisan dan lingkungan luar, dan kekasaran yang terlalu tinggi dapat dengan mudah menyebabkan peningkatan gesekan dengan wafer dan medan termal yang tidak merata.

BAGIAN/6

Ukuran biji -bijian:

Ukuran butir yang seragam membantu stabilitas lapisan. Jika ukuran butirnya kecil, ikatannya tidak kencang, dan mudah dioksidasi dan terkorosi, menghasilkan sejumlah besar retakan dan lubang di tepi butir, yang mengurangi kinerja pelindung lapisan. Jika ukuran butir terlalu besar, relatif kasar, dan lapisannya mudah untuk dikeluarkan di bawah tekanan termal.

Kesimpulan dan prospek

Umumnya,Bagian grafit yang dilapisi TACDi pasar memiliki permintaan besar dan berbagai prospek aplikasi, saat iniBagian grafit dilapisi TaCarus utama manufaktur adalah mengandalkan komponen CVD TaC. Namun, karena tingginya biaya peralatan produksi CVD TaC dan efisiensi deposisi yang terbatas, bahan grafit berlapis SiC tradisional belum sepenuhnya tergantikan. Metode sintering dapat secara efektif mengurangi biaya bahan baku, dan dapat beradaptasi dengan bentuk bagian grafit yang kompleks, sehingga dapat memenuhi kebutuhan skenario aplikasi yang lebih berbeda.