TaC ilə örtülmüş qrafit komponentlərinin tətbiqi və inkişafı problemləri

Silikon Karbid (SiC) vafli böyüməsi kontekstində istilik sahəsində istifadə olunan ənənəvi qrafit materialları və karbon-karbon kompozitləri 2300°C (Si, SiC₂, Si₂C) temperaturda mürəkkəb atmosferə tab gətirməkdə əhəmiyyətli çətinliklərlə üzləşirlər. Bu materiallar yalnız bir-on soba dövründən sonra müxtəlif hissələrin dəyişdirilməsini tələb edən qısa bir xidmət müddətinə malik deyil, həm də yüksək temperaturda sublimasiya və buxarlanmaya məruz qalır. Bu, karbon daxilolmalarının və digər kristal qüsurların meydana gəlməsinə səbəb ola bilər. Sənaye istehsalı xərclərini nəzərə alaraq yarımkeçirici kristalların yüksək keyfiyyətli və sabit artımını təmin etmək üçün qrafit komponentləri üzərində ultra yüksək temperatura və korroziyaya davamlı keramika örtüklərinin hazırlanması vacibdir. Bu örtüklər qrafit hissələrinin ömrünü uzadır, çirklərin miqrasiyasını maneə törədir və kristal təmizliyini artırır. SiC epitaksial böyüməsi zamanı SiC ilə örtülmüş qrafit əsasları adətən tək kristal substratları dəstəkləmək və qızdırmaq üçün istifadə olunur. Bununla belə, bu əsasların istifadə müddəti hələ də təkmilləşdirilməlidir və interfeyslərdən SiC çöküntülərini çıxarmaq üçün vaxtaşırı təmizləmə tələb olunur. Müqayisə üçün TantalKarbid (TaC) örtükləriaşındırıcı atmosferlərə və yüksək temperaturlara qarşı üstün müqavimət təklif edərək, onları optimal SiC kristal artımına nail olmaq üçün mühüm texnologiya halına gətirir.

Ərimə nöqtəsi 3880°C,TaCyüksək mexaniki möhkəmlik, sərtlik və termal zərbəyə davamlılıq nümayiş etdirir. Ammonyak, hidrogen və silikon tərkibli buxarların daxil olduğu yüksək temperatur şəraitində əla kimyəvi təsirsizliyi və istilik sabitliyini saxlayır. Qrafit (karbon-karbon kompozit) ilə örtülmüş materiallarTaCənənəvi yüksək təmizlikli qrafit, pBN örtüklü və SiC örtüklü komponentləri əvəz etmək kimi yüksək perspektivlidir. Bundan əlavə, aerokosmik sahədəTaCyüksək temperatura oksidləşməyə davamlı və ablasiyaya davamlı örtük kimi istifadə üçün əhəmiyyətli potensiala malikdir və geniş tətbiq perspektivləri təklif edir. Bununla belə, sıx, vahid və soyulmayan bir nəticə əldə etməkTaC örtüyüqrafit səthlərində və onun sənaye miqyaslı istehsalını təşviq etmək bir sıra problemlər yaradır. Üçüncü nəsil yarımkeçiricilərin böyüməsi və epitaksial inkişafı üçün örtükün qoruyucu mexanizmlərini başa düşmək, istehsal proseslərində yeniliklər etmək və yüksək beynəlxalq standartlarla rəqabət aparmaq çox vacibdir.

Yekun olaraq, TaC ilə örtülmüş qrafit komponentlərinin inkişafı və tətbiqi SiC vafli böyümə texnologiyasını inkişaf etdirmək üçün vacibdir. Problemlərin həlliTaC örtüyüHazırlıq və sənayeləşmə yüksək keyfiyyətli yarımkeçirici kristalların böyüməsini təmin etmək və istifadəni genişləndirmək üçün əsas olacaqdır.TaC örtüklərimüxtəlif yüksək temperatur tətbiqlərində.

1. TaC örtüklü qrafit komponentlərinin tətbiqi

(1) Tita, toxum kristal tutucusu və axın borusuSiC və AlN tək kristallarının PVT artımı

SiC-nin hazırlanması üçün fiziki buxar nəqli (PVT) üsulu zamanı toxum kristalı nisbətən aşağı temperatur zonasında, SiC xammalı isə yüksək temperatur zonasında (2400°C-dən yuxarı) yerləşdirilir. Xammal yüksək temperatur zonasından toxum kristalının yerləşdiyi aşağı temperatur zonasına daşınan qazlı növlər (SiXCy) yaratmaq üçün parçalanır. Tək kristalların əmələ gəlməsi üçün nüvələşmə və böyüməyi əhatə edən bu proses yüksək temperaturlara davamlı olan və SiC xammalı və kristallarını çirkləndirməyən kroketlər, axın halqaları və toxum kristal tutucuları kimi istilik sahəsi materiallarını tələb edir. AlN monokristal artımı üçün də oxşar tələblər mövcuddur, burada qızdırıcı elementlər Al buxarına və N2 korroziyasına müqavimət göstərməli və kristal hazırlama dövrünü qısaltmaq üçün yüksək evtektik temperatura malik olmalıdır.

Tədqiqatlar göstərir ki, istifadə olunurTaC örtüklü qrafit materiallarıSiC və AlN hazırlanması üçün istilik sahəsində daha az karbon, oksigen və azot çirkləri ilə daha təmiz kristallarla nəticələnir. Kənar qüsurları minimuma endirilir və müxtəlif bölgələr üzrə müqavimət əhəmiyyətli dərəcədə azalır, mikroməsamə və çuxur sıxlığı ilə birlikdə kristal keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bundan əlavə,TaCpotada cüzi çəki itkisi və heç bir zərər yoxdur, təkrar istifadəyə imkan verir (200 saata qədər istifadə müddəti ilə), monokristal preparatının davamlılığını və səmərəliliyini artırır.

(2 ) MOCVD GaN Epitaksial Layer Growth-da qızdırıcı

MOCVD GaN artımı nazik təbəqələri epitaksial olaraq böyütmək üçün kimyəvi buxar çökmə texnologiyasından istifadə etməyi əhatə edir. Kameranın temperaturunun dəqiqliyi və vahidliyi qızdırıcını vacib komponentə çevirir. O, uzun müddət ərzində substratı ardıcıl və bərabər şəkildə qızdırmalı və korroziyalı qazlar altında yüksək temperaturda sabitliyi saxlamalıdır.

MOCVD GaN sistem qızdırıcısının işini və təkrar emal qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün,TaC örtüklü qrafitqızdırıcılar uğurla tətbiq edilmişdir. PBN örtüklü ənənəvi qızdırıcılarla müqayisədə, TaC qızdırıcıları kristal quruluşda, qalınlığın vahidliyində, daxili qüsurlarda, çirklərin dopinqində və çirklənmə səviyyələrində müqayisə edilə bilən performans göstərir. Aşağı müqavimət və səth emissiyasıTaC örtüyüqızdırıcının səmərəliliyini və vahidliyini artırır, enerji istehlakını və istilik yayılmasını azaldır. Kaplamanın tənzimlənən məsaməliliyi qızdırıcının radiasiya xüsusiyyətlərini daha da yaxşılaşdırır və ömrünü uzadır.TaC örtüklü qrafitqızdırıcılar MOCVD GaN artım sistemləri üçün üstün seçimdir.

Şəkil 2. (a) GaN epitaksial böyüməsi üçün MOCVD aparatının sxematik diaqramı

(b) Əsas və dayaqlar istisna olmaqla, MOCVD qurğusunda quraşdırılmış formalaşmış TaC örtüklü qrafit qızdırıcısı (daxili istilik zamanı baza və dayaqları göstərir)

(c)GaN epitaksial böyümənin 17 dövründən sonra TaC ilə örtülmüş qrafit qızdırıcısı

(3)Epitaksial örtük qabları (vafli daşıyıcılar)

Gofret daşıyıcıları SiC, AlN və GaN kimi üçüncü nəsil yarımkeçirici vaflilərin hazırlanmasında və epitaksial böyüməsində mühüm struktur komponentləridir. Vafli daşıyıcıların əksəriyyəti qrafitdən hazırlanır və 1100 ilə 1600°C temperatur aralığında işləyən texnoloji qazların korroziyasına qarşı durmaq üçün SiC ilə örtülür. Qoruyucu örtünün korroziyaya qarşı qabiliyyəti daşıyıcının ömrü üçün çox vacibdir.

Tədqiqatlar göstərir ki, TaC-nin korroziya sürəti yüksək temperaturlu ammonyak və hidrogen mühitlərində SiC-dən əhəmiyyətli dərəcədə yavaşdır.TaC örtüklüqablar mavi GaN MOCVD prosesləri ilə daha uyğundur və çirkin daxil olmasının qarşısını alır. LED performansı istifadə edərək böyüdüTaC daşıyıcılarıilə ənənəvi SiC daşıyıcıları ilə müqayisə edilə bilərTaC örtüklüüstün istifadə müddətini nümayiş etdirən qablar.

Şəkil 3. GaN epitaksial böyüməsi üçün MOCVD avadanlığında (Veeco P75) istifadə olunan vafli qablar. Soldakı nimçə TaC ilə, sağdakı qab isə SiC ilə örtülmüşdür

2. TaC ilə örtülmüş qrafit komponentlərindəki çətinliklər

Yapışma:Termal genişlənmə əmsalı arasındakı fərqTaCvə karbon materialları örtükün aşağı yapışma gücü ilə nəticələnir, bu da onu krekinq, gözeneklilik və istilik stresinə meylli edir, bu da korroziyalı atmosferlər və təkrar temperatur dövriyyəsi altında örtünün yayılmasına səbəb ola bilər.

Saflıq: TaC örtükləriyüksək temperaturda çirkləri daxil etməmək üçün ultra yüksək təmizliyi saxlamalıdır. Kaplama içərisində sərbəst karbon və daxili çirkləri qiymətləndirmək üçün standartlar müəyyən edilməlidir.

Sabitlik:2300°C-dən yuxarı yüksək temperaturlara və kimyəvi atmosferə qarşı müqavimət vacibdir. Sancaqlar, çatlar və monokristal taxıl sərhədləri kimi qüsurlar aşındırıcı qaz infiltrasiyasına həssasdır və bu, örtük çatışmazlığına səbəb olur.

Oksidləşmə müqaviməti:TaC500°C-dən yuxarı temperaturda oksidləşməyə başlayır və Ta2O5 əmələ gətirir. Oksidləşmə dərəcəsi taxıl sərhədlərindən və kiçik taxıllardan başlayaraq temperatur və oksigen konsentrasiyası ilə artır, örtükün əhəmiyyətli dərəcədə deqradasiyasına və nəticədə spallasiyasına səbəb olur.

Vahidlik və pürüzlülük: Uyğun olmayan örtük paylanması lokallaşdırılmış termal gərginliyə səbəb ola bilər, çatlama və çatlama riskini artırır. Səthin pürüzlülüyü xarici mühitlə qarşılıqlı təsirlərə təsir edir, daha yüksək pürüzlülük sürtünmənin artmasına və qeyri-bərabər istilik sahələrinə səbəb olur.

Taxıl Ölçüsü:Vahid taxıl ölçüsü örtükün dayanıqlığını artırır, kiçik taxıllar isə oksidləşməyə və korroziyaya meyllidir, bu da məsaməliyin artmasına və qorunmanın azalmasına səbəb olur. Daha böyük taxıllar termal stresdən qaynaqlanan spallasiyaya səbəb ola bilər.

3. Nəticə və perspektiv

TaC örtüklü qrafit komponentləri əhəmiyyətli bazar tələbinə və geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. Əsas istehsalTaC örtüklərihazırda CVD TaC komponentlərinə əsaslanır, lakin CVD avadanlığının yüksək qiyməti və məhdud çökmə səmərəliliyi hələ də ənənəvi SiC örtüklü qrafit materiallarını əvəz etməmişdir. Sinterləşdirmə üsulları xammal xərclərini effektiv şəkildə azalda bilər və müxtəlif tətbiq ehtiyaclarına cavab verən mürəkkəb qrafit formalarını yerləşdirə bilər. AFTech, CGT Carbon GmbH və Toyo Tanso kimi şirkətlər yetkinləşibTaC örtüyüprosesləri aparır və bazarda hökmranlıq edir.

Çində, inkişafıTaC örtüklü qrafit komponentlərihələ eksperimental və erkən sənayeləşmə mərhələsindədir. Sənayeni inkişaf etdirmək, hazırkı hazırlıq üsullarını optimallaşdırmaq, yeni yüksək keyfiyyətli TaC örtük proseslərini araşdırmaq və anlamaqTaC örtüyümühafizə mexanizmləri və uğursuzluq rejimləri vacibdir. GenişlənirTaC örtük tətbiqləritədqiqat müəssisələrindən və şirkətlərdən davamlı yenilik tələb edir. Yerli üçüncü nəsil yarımkeçiricilər bazarı böyüdükcə yüksək performanslı örtüklərə tələbat artacaq və yerli alternativləri gələcək sənaye trendinə çevirəcək.**