Tantangan apa yang dihadapi proses pelapisan CVD TaC untuk pertumbuhan kristal tunggal SiC dalam pemrosesan semikonduktor?

Perkenalan

Dengan perkembangan cepat kendaraan energi baru, komunikasi 5G dan bidang lainnya, persyaratan kinerja untuk perangkat elektronik daya meningkat. Sebagai generasi baru bahan semikonduktor celah pita lebar, silikon karbida (SIC) telah menjadi bahan yang disukai untuk perangkat elektronik daya dengan sifat listrik yang sangat baik dan stabilitas termal. Namun, proses pertumbuhan kristal tunggal SiC menghadapi banyak tantangan, di antaranya kinerja bahan medan termal adalah salah satu faktor utama. Sebagai jenis baru bahan medan termal, pelapisan CVD TAC telah menjadi cara yang efektif untuk menyelesaikan masalah pertumbuhan kristal tunggal SIC karena ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan korosi dan stabilitas kimia. Artikel ini akan sangat mengeksplorasi keunggulan, karakteristik proses, dan prospek aplikasi lapisan CVD TAC dalam pertumbuhan kristal tunggal SIC.

Latar Belakang Industri

1. Penerapan kristal tunggal SiC secara luas dan masalah yang dihadapinya dalam proses produksi

Bahan kristal tunggal SiC bekerja dengan baik di lingkungan bersuhu tinggi, bertekanan tinggi, dan berfrekuensi tinggi, dan banyak digunakan pada kendaraan listrik, energi terbarukan, dan catu daya efisiensi tinggi. Menurut riset pasar, ukuran pasar SiC diperkirakan akan mencapai US$9 miliar pada tahun 2030, dengan tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata lebih dari 20%. Kinerja SiC yang unggul menjadikannya fondasi penting bagi perangkat elektronika daya generasi berikutnya. Namun, selama pertumbuhan kristal tunggal SiC, material medan termal menghadapi ujian lingkungan ekstrem seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gas korosif. Bahan medan termal tradisional seperti grafit dan silikon karbida mudah teroksidasi dan berubah bentuk pada suhu tinggi, dan bereaksi dengan atmosfer pertumbuhan, sehingga mempengaruhi kualitas kristal.

2. Pentingnya pelapisan CVD TaC sebagai material medan termal

Lapisan CVD TAC dapat memberikan stabilitas yang sangat baik dalam suhu tinggi dan lingkungan korosif, menjadikannya bahan yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan kristal tunggal SiC. Studi telah menunjukkan bahwa pelapisan TAC dapat secara efektif memperluas masa pakai bahan medan termal dan meningkatkan kualitas kristal SIC. Lapisan TAC dapat tetap stabil dalam kondisi ekstrem hingga 2.300 ℃, menghindari oksidasi substrat dan korosi kimia.

Ikhtisar Topik

1. Prinsip -prinsip dasar dan keunggulan pelapisan CVD TAC

Lapisan CVD TAC dibentuk dengan bereaksi dan menyimpan sumber Tantalum (seperti TACL5) dengan sumber karbon pada suhu tinggi, dan memiliki ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan korosi dan adhesi yang baik. Struktur pelapisannya yang padat dan seragam dapat secara efektif mencegah oksidasi substrat dan korosi kimianya.

2. Tantangan Teknis Proses Pelapisan CVD TaC

Meskipun pelapisan CVD TAC memiliki banyak keunggulan, masih ada tantangan teknis dalam proses produksinya, seperti kontrol kemurnian material, optimasi parameter proses, dan adhesi pelapisan.

Bagian I: Peran penting pelapisan CVD TaC

● Resistensi suhu tinggi

Titik leleh TaC dan stabilitas termokimia: TaC memiliki titik leleh lebih dari 3000℃, yang membuatnya stabil pada suhu ekstrem, yang sangat penting untuk pertumbuhan kristal tunggal SiC.

Kinerja di lingkungan suhu ekstrem selama pertumbuhan kristal tunggal SiC **: Studi telah menunjukkan bahwa pelapisan TAC dapat secara efektif mencegah oksidasi substrat di lingkungan suhu tinggi 900-2300 ℃, sehingga memastikan kualitas kristal SIC.

●  Ketahanan korosiTance

Efek perlindungan TAC Coating pada erosi kimia di lingkungan reaksi silikon karbida: TAC dapat secara efektif memblokir erosi reaktan seperti Si dan SiC₂ pada substrat, memperluas masa pakai bahan medan termal.

● Persyaratan konsistensi dan presisi

Kebutuhan dalam pelapisan keseragaman dan kontrol ketebalan: Ketebalan pelapis seragam sangat penting untuk kualitas kristal, dan ketidaksenalan apa pun dapat menyebabkan konsentrasi tegangan termal dan pembentukan retak.

Lapisan Tantalum karbida (TaC) pada penampang mikroskopis

Bagian II: Tantangan Utama Proses Pelapisan CVD TaC

● Sumber material dan kontrol kemurnian

Masalah rantai biaya dan pasokan bahan baku tantalum dengan kemurnian tinggi: Harga bahan baku tantalum berfluktuasi sangat dan pasokan tidak stabil, yang mempengaruhi biaya produksi.

Bagaimana jejak kotoran dalam material mempengaruhi kinerja pelapisan: kotoran dapat menyebabkan kinerja lapisan memburuk, sehingga mempengaruhi kualitas kristal SIC.

● Optimalisasi parameter proses

Kontrol yang tepat dari suhu lapisan, tekanan dan aliran gas: Parameter ini memiliki dampak langsung pada kualitas lapisan dan perlu diatur dengan halus untuk memastikan efek deposisi terbaik.

Cara menghindari cacat lapisan pada substrat area besar: Cacat rentan terjadi selama deposisi area besar, dan cara teknis baru perlu dikembangkan untuk memantau dan menyesuaikan proses pengendapan.

●  Adhesi Lapisan

Kesulitan dalam mengoptimalkan kinerja adhesi antara pelapisan TAC dan substrat: Perbedaan koefisien ekspansi termal antara bahan yang berbeda dapat menyebabkan debonding, dan peningkatan perekat atau proses pengendapan diperlukan untuk meningkatkan adhesi.

Potensi Risiko dan Penanggulangan Debonding Lapisan: Debonding dapat menyebabkan kerugian produksi, sehingga perlu dikembangkan perekat baru atau menggunakan material komposit untuk meningkatkan kekuatan rekat.

●  Pemeliharaan Peralatan dan Stabilitas Proses

Kompleksitas dan biaya pemeliharaan peralatan proses CVD: peralatannya mahal dan sulit dipelihara, yang meningkatkan biaya produksi secara keseluruhan.

Masalah konsistensi dalam pengoperasian proses jangka panjang: Pengoperasian jangka panjang dapat menyebabkan fluktuasi kinerja, dan peralatan perlu dikalibrasi secara berkala untuk memastikan konsistensi.

● Perlindungan lingkungan dan pengendalian biaya

Pengobatan produk sampingan (seperti klorida) selama pelapisan: gas limbah perlu secara efektif dirawat untuk memenuhi standar perlindungan lingkungan, yang meningkatkan biaya produksi.

Cara menyeimbangkan kinerja tinggi dan manfaat ekonomi: Mengurangi biaya produksi sambil memastikan kualitas pelapisan merupakan tantangan penting yang dihadapi industri.

Bagian III: Solusi Industri dan Penelitian Perbatasan

●  Teknologi Pengoptimalan Proses Baru

Gunakan algoritme kontrol CVD tingkat lanjut untuk mencapai presisi yang lebih tinggi: Melalui optimalisasi algoritme, laju deposisi dan keseragaman dapat ditingkatkan, sehingga meningkatkan efisiensi produksi.

Memperkenalkan formula gas atau aditif baru untuk meningkatkan kinerja pelapisan: Penelitian telah menunjukkan bahwa menambahkan gas tertentu dapat meningkatkan daya rekat lapisan dan sifat antioksidan.

●  Terobosan dalam Penelitian dan Pengembangan Material

Peningkatan kinerja TaC dengan teknologi pelapisan berstrukturnano: Struktur nano dapat secara signifikan meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus lapisan TaC, sehingga meningkatkan kinerjanya dalam kondisi ekstrem.

Bahan pelapisan alternatif sintetis (seperti keramik komposit): Bahan komposit baru dapat memberikan kinerja yang lebih baik dan mengurangi biaya produksi.

● Otomatisasi dan pabrik digital

Pemantauan proses dengan bantuan kecerdasan buatan dan teknologi sensor: Pemantauan waktu nyata dapat menyesuaikan parameter proses dalam waktu dan meningkatkan efisiensi produksi.

Meningkatkan efisiensi produksi sambil mengurangi biaya: Teknologi otomatisasi dapat mengurangi intervensi manual dan meningkatkan efisiensi produksi secara keseluruhan.