TAC-bevonatú grafit alkatrészek alkalmazása egykristályos kemencékben

ATaC bevonatú grafit alkatrészekaz egykristályos kemencékben

RÉSZ/1

A SIC és az ALN egykristályok növekedésében a fizikai gőz transzport (PVT) módszer alkalmazásával a kritikus komponensek, mint például a tégely, a vetőmag és a vezető gyűrű, létfontosságú szerepet játszanak. Amint azt a 2. ábrán ábrázolja, [1], a PVT -eljárás során a vetőmagkristály az alsó hőmérsékleti régióban van elhelyezve, míg a SIC nyersanyag magasabb hőmérsékleteknek van kitéve (2400 ℃ felett). Ez a nyersanyag bomlásához vezet, amely hatból álló vegyületet hoz létre (elsősorban Si, SIC₂, Si₂c stb.). A gőzfázisú anyagot ezután a magas hőmérsékletű régióból a vetőmagkristályba szállítják az alacsony hőmérsékletű régióban, ami magmagok képződését, kristálynövekedést és egykristályok képződését eredményezi. Ezért az ebben a folyamatban alkalmazott hőkezelő anyagoknak, például a tégely, az áramlási gyűrű és a vetőmagkristálytartót, magas hőmérsékletű ellenállást kell mutatniuk anélkül, hogy a SIC nyersanyagokat és az egykristályokat szennyezik. Hasonlóképpen, az Aln kristálynövekedésben használt fűtési elemeknek ellenállniuk kell az AL gőznek és az N₂ korróziónak, miközben magas eutektikus hőmérsékletet (ALN -vel) is rendelkeznek a kristálykészítési idő csökkentése érdekében.

Megfigyelték, hogy a SiC [2-5] és AlN [2-3] előállításához TaC bevonatú grafit termikus téranyagok felhasználása tisztább termékeket eredményez, minimális széntartalommal (oxigén, nitrogén) és egyéb szennyeződésekkel. Ezek az anyagok minden régióban kevesebb élhibát és kisebb ellenállást mutatnak. Ezenkívül a mikropórusok és a maratási gödrök sűrűsége (a KOH maratása után) jelentősen csökken, ami a kristályminőség jelentős javulásához vezet. Ezenkívül a TaC tégely szinte nulla súlyveszteséget mutat, megőrzi roncsolásmentes megjelenését, és újrahasznosítható (akár 200 órás élettartammal), így növelve az egykristály-előállítási folyamatok fenntarthatóságát és hatékonyságát.

FÜGE. 2. (a) A SIC egykristályos rés -termesztési eszköz vázlatos diagramja Pvt módszerrel

(b) Felső TaC bevonatú vetőmag konzol (beleértve a SiC vetőmagot is)

(C) TAC-bevonatú grafitvezető gyűrű

MOCVD GaN epitaxiális rétegnövekedési fűtőelem

RÉSZ/2

A moCVD (fém-szerves kémiai gőzlerakódás) GaN növekedése, a vékony filmek gőzpitaxiális növekedésének kritikus technikája az organometall bomlási reakciók révén, a fűtőberendezés létfontosságú szerepet játszik a pontos hőmérséklet-szabályozás és egységesség elérésében a reakció kamrában. Amint azt a 3. ábra (a) ábra szemlélteti, a fűtőtestet a MOCVD berendezések alapkomponensének tekintik. Képessége, hogy a szubsztrátot hosszabb ideig (beleértve az ismételt hűtési ciklusokat is) gyorsan és egyenletesen melegítse, ellenáll a magas hőmérsékleteknek (ellenállva a gáz korróziójának), és fenntartja a film tisztaságát közvetlenül a film lerakódásának, a vastagság következetességének és a chip teljesítményének minőségét.

A fűtőberendezések teljesítmény- és újrahasznosítási hatékonyságának javítása érdekében a MOCVD GaN növekedési rendszerekben a TAC-bevonatú grafitfűtők bevezetése sikeres volt. A PBN (pirolitikus bór -nitrid) bevonatokat használó hagyományos fűtőberendezésekkel ellentétben, a tac fűtőberendezések felhasználásával termesztett GaN epitaxiális rétegek szinte azonos kristályszerkezeteket, vastagság egységességét, belső hibás képződését, szennyeződés doppingját és szennyeződési szintjét mutatják. Ezenkívül a TAC bevonat alacsony ellenállást és alacsony felületi emissziót mutat, ami javítja a fűtőkészülék hatékonyságát és egységességét, ezáltal csökkentve az energiafogyasztást és a hőveszteséget. A folyamat paramétereinek ellenőrzésével a bevonat porozitása beállítható a fűtés sugárzási jellemzőinek további javítása és élettartamának meghosszabbítása érdekében [5]. Ezek az előnyök a TAC-bevonatú grafitfűtéseket hozják létre kiváló választásként a MOCVD GaN növekedési rendszerek számára.

FÜGE. 3. (a) A MOCVD eszköz vázlatos diagramja a GaN epitaxiális növekedéshez

(B) A MOCVD beállításba telepítve öntött TAC-bevonatú grafitfűtés, az alap és a konzol kivételével (a fűtés alapját és tartóját ábrázoló illusztráció)

(C) TAC-bevonatú grafitfűtés 17 GaN epitaxiális növekedés után. 

Bevonat -érzékeny az epitaxishoz (ostyahordozó)

3. rész

Az ostyahordozó, a harmadik osztályú félvezető lapkák, mint például a SiC, AlN és GaN készítésénél használt kulcsfontosságú szerkezeti komponens, létfontosságú szerepet játszik az epitaxiális ostya növekedési folyamatokban. A jellemzően grafitból készült ostyahordozó SiC-vel van bevonva, hogy ellenálljon a technológiai gázok korróziójának 1100 és 1600 °C közötti epitaxiális hőmérséklet-tartományban. A védőbevonat korrózióállósága jelentősen befolyásolja az ostyahordozó élettartamát. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a TaC körülbelül hatszor lassabb korróziós sebességet mutat, mint a SiC, ha magas hőmérsékletű ammóniának van kitéve. Magas hőmérsékletű hidrogénes környezetben a TaC korróziós sebessége még több mint 10-szer lassabb, mint a SiC.

A kísérleti bizonyítékok kimutatták, hogy a TAC -val bevont tálcák kiváló kompatibilitást mutatnak a Blue Light GAN MOCVD folyamatban, anélkül, hogy szennyeződéseket vezetnének be. Korlátozott folyamat -beállításokkal a TAC -hordozókkal termesztett LED -ek összehasonlítható teljesítményt és egységességet mutatnak a hagyományos SIC hordozókkal termesztettekkel. Következésképpen a TAC-bevonatú ostya hordozók élettartama meghaladja a bevonat nélküli és SIC-bevonatú grafithordozók életét.

Ábra. Ostyatálca GaN epitaxiálisan növesztett MOCVD készülékben (Veeco P75) történő használat után. A bal oldali TaC, a jobb oldali SiC bevonatú.

Közönséges elkészítési módTAC bevonatú grafit alkatrészek

RÉSZ/1

CVD (kémiai gőzlerakódás) módszer:

900-2300°C-on TaCl5 és CnHm tantál- és szénforrásként, H2 redukáló atmoszféraként, Ar2as hordozógáz, reakcióleválasztó film. Az elkészített bevonat kompakt, egyenletes és nagy tisztaságú. Vannak azonban problémák, mint például a bonyolult folyamat, a drága költségek, a nehéz légáramlás szabályozás és az alacsony leválasztási hatékonyság.

RÉSZ/2

Szuszpendszer -szinterelési módszer:

A szénforrást, a tantalumforrást, a diszpergálószert és a kötőanyagot tartalmazó iszap a grafiton van bevonva, és szárítás után magas hőmérsékleten szinterálva van. Az elkészített bevonat rendszeres orientáció nélkül növekszik, alacsony költségekkel és nagyszabású termelésre alkalmas. Meg kell vizsgálni, hogy a nagy grafiton egységes és teljes bevonatot érjen el, kiküszöbölje a támogatási hibákat és fokozza a bevonó kötési erőt.

3. rész

Plazma permetezési módszer:

A TaC port plazmaívvel magas hőmérsékleten megolvasztják, nagy sebességű sugárral magas hőmérsékletű cseppekké porlasztják, és a grafitanyag felületére szórják. Nem vákuum alatt könnyű oxidréteget képezni, és az energiafogyasztás nagy.

A TaC bevonatú grafit alkatrészeket meg kell oldani

RÉSZ/1

Kötőerő:

A TAC és a szén anyagok közötti termikus tágulási együttható és egyéb fizikai tulajdonságok eltérőek, a bevonat kötési szilárdsága alacsony, nehéz elkerülni a repedéseket, a pórusokat és Ismételt emelkedő és hűtési folyamat.

RÉSZ/2

Tisztaság:

A TaC bevonatnak rendkívül nagy tisztaságúnak kell lennie a szennyeződések és szennyeződések elkerülése érdekében magas hőmérsékleti körülmények között, és meg kell állapodni a teljes bevonat felületén és belsejében lévő szabad szén és belső szennyeződések hatékony tartalmi szabványaiban és jellemzőiben.

3. rész

Stabilitás:

A bevonat stabilitásának vizsgálatához a legfontosabb mutatók a magas hőmérséklettel szembeni ellenállás és a 2300 ℃ feletti kémiai légköri ellenállás. A lyukak, repedések, hiányzó sarkok és egyirányú szemcsehatárok könnyen előidézhetik a korrozív gázok behatolását és behatolását a grafitba, ami a bevonatvédelem meghibásodását eredményezi.

RÉSZ/4

Oxidációs ellenállás:

A TAC oxidálódni kezd a TA2O5 -re, ha 500 ℃ felett van, és az oxidációs sebesség hirtelen növekszik a hőmérséklet és az oxigénkoncentráció növekedésével. A felületi oxidáció a gabonahatároktól és a kis szemcsékből indul, és fokozatosan oszlopos kristályokat és törött kristályokat képez, amelyek nagyszámú rés és lyuk, és az oxigén infiltrációja addig fokozódik, amíg a bevonat megfosztja. A kapott oxidréteg gyenge hővezetőképessége és megjelenésű különféle színekkel rendelkezik.

5. rész

Egységesség és érdesség:

A bevonat felületének egyenetlen eloszlása ​​a lokális termikus feszültségkoncentrációhoz vezethet, növelve a repedés és a szúrás kockázatát. Ezenkívül a felületi érdesség közvetlenül befolyásolja a bevonat és a külső környezet kölcsönhatását, és a túl magas érdesség könnyen megnövekedett súrlódást eredményez az ostya és az egyenetlen hőkezelés mellett.

6. rész

A gabonaméret:

Az egységes szemcseméret elősegíti a bevonat stabilitását. Ha a szemcseméret kicsi, akkor a kötés nem szoros, és könnyen oxidálható és korrodálható, ami nagyszámú repedést és lyukat eredményez a gabona szélén, ami csökkenti a bevonat védő teljesítményét. Ha a szemcseméret túl nagy, akkor viszonylag durva, és a bevonatot könnyű stressz alatt le lehet pelyhíteni.

Következtetés és kilátás

Általában,TAC bevonatú grafit alkatrészeka piacon hatalmas kereslet és széleskörű alkalmazási lehetőségek vannak, a jelenlegiTAC bevonatú grafit alkatrészekA gyártás fő iránya a CVD TaC alkatrészekre támaszkodni. A CVD TaC gyártóberendezések magas költsége és a korlátozott leválasztási hatékonyság miatt azonban a hagyományos SiC bevonatú grafitanyagokat nem váltották fel teljesen. A szinterezési módszer hatékonyan csökkentheti a nyersanyagok költségeit, és alkalmazkodhat a grafit alkatrészek összetett formáihoz, hogy megfeleljen a különböző alkalmazási forgatókönyvek igényeinek.