Примена и развојни изазови ТаЦ обложених графитних компоненти

У контексту раста плочице од силицијум карбида (СиЦ), традиционални графитни материјали и композити угљеник-угљеник који се користе у термичком пољу суочавају се са значајним изазовима у издржавању сложене атмосфере на 2300°Ц (Си, СиЦ₂, Си₂Ц). Ови материјали не само да имају кратак век трајања, захтевајући замену различитих делова након једног до десет циклуса пећи, већ такође доживљавају сублимацију и испаравање на високим температурама. То може довести до стварања угљеничних инклузија и других кристалних дефеката. Да би се обезбедио висок квалитет и стабилан раст полупроводничких кристала, узимајући у обзир трошкове индустријске производње, неопходно је припремити керамичке премазе на ултрависоким температурама и отпорним на корозију на графитним компонентама. Ови премази продужавају животни век графитних делова, спречавају миграцију нечистоћа и побољшавају чистоћу кристала. Током епитаксијалног раста СиЦ, графитне базе обложене СиЦ обично се користе за подршку и загревање монокристалних супстрата. Међутим, животни век ових база и даље треба побољшати и захтевају периодично чишћење да би се уклониле наслаге СиЦ са интерфејса. За поређење, ТанталКарбидни (ТаЦ) премазинуде супериорну отпорност на корозивну атмосферу и високе температуре, што их чини кључном технологијом за постизање оптималног раста кристала СиЦ.

Са тачком топљења од 3880°Ц,ТаЦпоказује високу механичку чврстоћу, тврдоћу и отпорност на топлотни удар. Одржава одличну хемијску инертност и термичку стабилност у условима високе температуре који укључују испарења амонијака, водоника и силицијума. Графит (композит угљеник-угљеник) материјали пресвучени сТаЦсу веома обећавајуће као замена за традиционалне компоненте графита високе чистоће, пБН обложене и компоненте обложене СиЦ. Поред тога, у области ваздухопловства,ТаЦима значајан потенцијал за употребу као премаз отпоран на високе температуре на оксидацију и аблацију, нудећи широке изгледе за примену. Међутим, постизање густог, уједначеног и нељуштеногТаЦ премазна графитним површинама и промовисање његове индустријске производње представља неколико изазова. Разумевање заштитних механизама премаза, иновирање производних процеса и надметање са врхунским међународним стандардима су кључни за раст и епитаксијални развој полупроводника треће генерације.

У закључку, развој и примена графитних компоненти обложених ТаЦ-ом су критични за унапређење технологије раста СиЦ плочица. Решавање изазова уТаЦ премазприпрема и индустријализација биће кључни за обезбеђивање висококвалитетног раста кристала полупроводника и проширење употребеТаЦ премазиу разним применама на високим температурама.

1. Application of TaC Coated Graphite Components

(1) Лончић, држач кристала за семе и цев за протокПВТ раст СиЦ и АлН монокристала

Током методе физичког транспорта паре (ПВТ) за припрему СиЦ-а, семенски кристал се поставља у зону релативно ниске температуре, док је СиЦ сировина у зони високе температуре (изнад 2400°Ц). Сирови материјал се разлаже да би се добиле гасовите врсте (СиКСЦи), које се транспортују из зоне високих температура у зону ниских температура где се налази семенски кристал. Овај процес, који укључује нуклеацију и раст за формирање монокристала, захтева материјале са топлотним пољем као што су лончићи, прстенови за проток и држачи кристала за семе који су отпорни на високе температуре и не контаминирају СиЦ сировину и кристале. Слични захтеви постоје и за раст монокристала АлН, где грејни елементи морају да буду отпорни на пару Ал и Н2 корозију и да имају високу еутектичку температуру да скрате циклус припреме кристала.

Студије су показале да коришћењеГрафитни материјали обложени ТаЦу пољу топлоте за припрему СиЦ и АлН резултира чистијим кристалима са мање нечистоћа угљеника, кисеоника и азота. Дефекти на ивици су минимизирани, а отпорност у различитим регионима је значајно смањена, заједно са густином микропора и густине удубљења, што у великој мери побољшава квалитет кристала. Штавише, тхеТаЦлонац показује занемарљив губитак тежине и нема оштећења, омогућавајући поновну употребу (са животним веком до 200 сати), повећавајући одрживост и ефикасност припреме монокристала.

(2) Грејач у МОЦВД ГаН епитаксијалном расту слоја

МОЦВД ГаН раст укључује коришћење технологије хемијског таложења паре за епитаксијално узгајање танких филмова. Прецизност и уједначеност температуре у комори чине грејач кључном компонентом. Мора доследно и равномерно загревати подлогу током дугих периода и одржавати стабилност на високим температурама под корозивним гасовима.

Да бисте побољшали перформансе и могућност рециклаже МОЦВД ГаН системског грејача,ТаЦ обложен графитгрејачи су успешно уведени. У поређењу са традиционалним грејачима са пБН премазима, ТаЦ грејачи показују упоредиве перформансе у кристалној структури, униформности дебљине, интринзичним дефектима, допингу нечистоћа и нивоима контаминације. Ниска отпорност и површинска емисивностТаЦ премазпобољшати ефикасност и униформност грејача, смањујући потрошњу енергије и расипање топлоте. Подесива порозност премаза додатно побољшава карактеристике зрачења грејача и продужава његов животни век, чинећиТаЦ обложен графитгрејачи врхунски избор за МОЦВД ГаН системе раста.

Слика 2. (а) Шематски дијаграм МОЦВД апарата за ГаН епитаксијални раст

(б) Формирани графитни грејач обложен ТаЦ уграђен у МОЦВД поставку, искључујући базу и носаче (уметнути део показује базу и носаче током грејања)

(ц)ТаЦ обложен графитни грејач након 17 циклуса епитаксијалног раста ГаН

(3)Епитаксијалне посуде за премазивање (носачи за плочице)

Носачи плочица су критичне структурне компоненте у припреми и епитаксијалном расту полупроводничких плочица треће генерације као што су СиЦ, АлН и ГаН. Већина носача плочица је направљена од графита и обложена СиЦ да би се одупрла корозији процесних гасова, радећи у температурном опсегу од 1100 до 1600°Ц. Антикорозивна способност заштитног премаза је кључна за животни век носача.

Истраживања показују да је ТаЦ-ова стопа корозије знатно спорија од СиЦ-а у високотемпературном окружењу амонијака и водоника, штоТаЦ цоатедпосуде компатибилније са плавим ГаН МОЦВД процесима и спречавају уношење нечистоћа. ЛЕД перформансе порасле коришћењемТаЦ носачије упоредив са традиционалним СиЦ носачима, саТаЦ цоатедтацне које демонстрирају врхунски животни век.

Слика 3. Тацне за плочице које се користе у МОЦВД опреми (Веецо П75) за ГаН епитаксијални раст. Тацна са леве стране је обложена ТаЦ-ом, док је тацна са десне стране премазана СиЦ-ом

2. Изазови у графитним компонентама обложеним ТаЦ-ом

Адхезија:Разлика коефицијента топлотног ширења измеђуТаЦи угљенични материјали резултирају ниском адхезионом чврстоћом премаза, што га чини склоним пуцању, порозности и термичком напрезању, што може довести до распадања премаза у корозивној атмосфери и поновљеним температурним циклусима.

чистоћа: ТаЦ премазимора одржавати ултра-високу чистоћу како би се избегло уношење нечистоћа на високим температурама. Потребно је успоставити стандарде за процену слободног угљеника и интринзичних нечистоћа унутар премаза.

Стабилност:Отпорност на високе температуре изнад 2300°Ц и хемијске атмосфере је критична. Дефекти као што су рупице, пукотине и границе зрна једног кристала су подложне инфилтрацији корозивног гаса, што доводи до квара премаза.

Отпорност на оксидацију:ТаЦпочиње да оксидира на температурама изнад 500°Ц, формирајући Та2О5. Брзина оксидације се повећава са температуром и концентрацијом кисеоника, почевши од граница зрна и ситних зрна, што доводи до значајне деградације премаза и евентуалног распадања.

Уједначеност и храпавост: Недоследна дистрибуција премаза може да изазове локализовано топлотно напрезање, повећавајући ризик од пуцања и ломљења. Храпавост површине утиче на интеракцију са спољашњим окружењем, при чему већа храпавост доводи до повећаног трења и неуједначених топлотних поља.

Величине зрна:Уједначена величина зрна повећава стабилност премаза, док су мања зрна склона оксидацији и корозији, што доводи до повећане порозности и смањене заштите. Већа зрна могу да изазову распрскавање изазвано термичким стресом.

3. Закључак и изглед

Графитне компоненте обложене ТаЦ-ом имају значајну потражњу на тржишту и широке изгледе за примену. Главна производњаТаЦ премазитренутно се ослања на ЦВД ТаЦ компоненте, али висока цена и ограничена ефикасност таложења ЦВД опреме још увек нису заменили традиционалне графитне материјале обложене СиЦ. Методе синтеровања могу ефикасно смањити трошкове сировина и прилагодити сложене облике графита, задовољавајући различите потребе примене. Компаније попут АФТецх, ЦГТ Царбон ГмбХ и Тоио Тансо су зрелеТаЦ премазпроцесе и доминирају тржиштем.

У Кини је развојГрафитне компоненте обложене ТаЦје још увек у експерименталној и раној фази индустријализације. Да унапреди индустрију, оптимизујући тренутне методе припреме, истражујући нове висококвалитетне процесе ТаЦ премаза и разумевањеТаЦ премаззаштитни механизми и начини квара су од суштинског значаја. ПроширивањеПримене ТаЦ премазазахтева континуиране иновације од истраживачких институција и компанија. Како домаће тржиште полупроводника треће генерације расте, потражња за премазима високих перформанси ће се повећати, чинећи домаће алтернативе будућим индустријским трендом.**