Zastosowanie części grafitowych pokrytych TaC w piecach monokrystalicznych

ZastosowanieCzęści grafitowe pokryte TaCw piecach monokrystalicznych

CZĘŚĆ/1

We wzroście monokryształów SiC i AlN metodą fizycznego transportu pary (PVT) kluczową rolę odgrywają kluczowe elementy, takie jak tygiel, pojemnik na nasiona i pierścień prowadzący. Jak pokazano na rysunku 2 [1], podczas procesu PVT kryształ zaszczepiający umieszczany jest w niższym obszarze temperatur, natomiast surowiec SiC poddawany jest działaniu wyższych temperatur (powyżej 2400 ℃). Prowadzi to do rozkładu surowca, w wyniku czego powstają związki SiXCy (w tym przede wszystkim Si, SiC₂, Si₂C itp.). Materiał w fazie gazowej jest następnie transportowany z obszaru wysokiej temperatury do kryształu zaszczepiającego w obszarze niskiej temperatury, co powoduje tworzenie się zarodków zaszczepiających, wzrost kryształów i wytwarzanie monokryształów. Dlatego materiały pola termicznego stosowane w tym procesie, takie jak tygiel, pierścień kierujący przepływ i uchwyt kryształów zaszczepiających, muszą wykazywać odporność na wysoką temperaturę bez zanieczyszczania surowców SiC i monokryształów. Podobnie elementy grzejne stosowane do wzrostu kryształów AlN muszą wytrzymywać korozję oparów Al i N₂, a jednocześnie posiadać wysoką temperaturę eutektyczną (z AlN), aby skrócić czas przygotowania kryształów.

Zaobserwowano, że wykorzystanie grafitowych materiałów termicznych powlekanych TAC do przygotowania SIC [2-5] i ALN [2-3] powoduje czystsze produkty z minimalnym węglem (tlen, azot) i inne zanieczyszczenia. Materiały te wykazują mniej wad krawędzi i niższą rezystywność w każdym regionie. Ponadto gęstość mikroporów i dołów trawienia (po trawieniu KOH) jest znacznie zmniejszona, co prowadzi do znacznej poprawy jakości kryształów. Ponadto tygiel TAC wykazuje prawie zerową utratę masy ciała, utrzymuje nieniszczące wygląd i może być poddawane recyklingowi (z długością do 200 godzin), zwiększając w ten sposób zrównoważony rozwój i wydajność procesów przygotowania pojedynczych kryształów.

FIGA. 2. (A) Schemat schematu urządzenia uprawnego SIC pojedynczego kryształu według metody PVT

(b) Wspornik nasion pokryty górnym TaC (w tym nasiona SiC)

(c) Pokryty grafitowy pierścień przewodnika z TAC

Epitaksjalny grzejnik warstwowy MOCVD GaN

Część/2

W dziedzinie wzrostu GaN MOCVD (metalowo-organicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej), kluczowej techniki epitaksjalnego wzrostu z pary cienkich warstw w wyniku reakcji rozkładu metaloorganicznego, grzejnik odgrywa kluczową rolę w osiągnięciu precyzyjnej kontroli temperatury i jednorodności w komorze reakcyjnej. Jak pokazano na rysunku 3 (a), grzejnik jest uważany za podstawowy element wyposażenia MOCVD. Jej zdolność do szybkiego i równomiernego podgrzewania podłoża przez dłuższy czas (w tym powtarzające się cykle chłodzenia), wytrzymywania wysokich temperatur (odporność na korozję gazową) i utrzymywania czystości powłoki ma bezpośredni wpływ na jakość osadzania powłoki, konsystencję grubości i wydajność wiórów.

Aby zwiększyć wydajność i wydajność recyklingu grzejników w systemach wzrostu MOCVD GAN, wprowadzenie grzejników powlekanych TAC powlekanych grafitami. W przeciwieństwie do konwencjonalnych grzejników, które wykorzystują powłoki PBN (pirolityczny azotek boru), warstwy epitaksyjne GAN hodowane przy użyciu grzejników TAC wykazują prawie identyczne struktury krystaliczne, jednorodność grubości, tworzenie wad wewnętrznych, domieszkowanie zanieczyszczeń i poziomy zanieczyszczenia. Ponadto powłoka TAC wykazuje niską rezystywność i niską emisyjność powierzchni, co powoduje poprawę wydajności i jednolitości grzejnej, zmniejszając w ten sposób zużycie energii i utratę ciepła. Kontrolując parametry procesu, porowatość powłoki można dostosować w celu dalszego zwiększenia właściwości promieniowania grzejnika i przedłużenia jej długości długości [5]. Zalety te ustalają grzejniki grafitowe pokryte TAC jako doskonały wybór dla systemów wzrostu MOCVD GAN.

FIGA. 3. (A) Schematyczny schemat urządzenia MOCVD do wzrostu epitaxialnego GAN

(b) Uformowany grzejnik powlekany TAC zainstalowany w konfiguracji MOCVD, z wyłączeniem podstawy i wspornika (ilustracja pokazująca podstawę i wspornik w ogrzewaniu)

( c ) Grzejnik grafitowy pokryty TAC po wzroście epitaksjalnym 17 GaN. 

Powlekany podatnik na epitaksję (przewoźnik opłat)

Część/3

Nośnik płytki, kluczowy element konstrukcyjny stosowany w przygotowaniu płytek półprzewodnikowych trzeciej klasy, takich jak SiC, AlN i GaN, odgrywa istotną rolę w procesach epitaksjalnego wzrostu płytek. Zwykle wykonany z grafitu nośnik płytki jest pokryty SiC, aby był odporny na korozję powodowaną przez gazy technologiczne w zakresie temperatur epitaksjalnych od 1100 do 1600 °C. Odporność na korozję powłoki ochronnej znacząco wpływa na żywotność nośnika waflowego. Wyniki eksperymentów wykazały, że TaC wykazuje szybkość korozji około 6 razy wolniejszą niż SiC pod wpływem amoniaku w wysokiej temperaturze. W środowiskach wodoru o wysokiej temperaturze szybkość korozji TaC jest nawet ponad 10 razy wolniejsza niż SiC.

Dowody eksperymentalne wykazały, że tace pokryte TAC wykazują doskonałą kompatybilność w procesie Blue Light GAN MOCVD bez wprowadzania zanieczyszczeń. Przy ograniczonych dostosowaniach procesu LED uprawiane przy użyciu nośników TAC wykazują porównywalną wydajność i jednolitość z hodowanymi przy użyciu konwencjonalnych przewoźników SIC. W konsekwencji żywotność obsługi opłat opłatek TAC przewyższa życie niepowlekanych i powlekanych SIC przewoźników grafitowych.

Postać. Tray opłat po użyciu w GAN Epitaksial Hodown Mocvd (Veeco P75). Ten po lewej jest pokryty TAC, a ten po prawej jest pokryty SIC.

Sposób przygotowania powszechnyCzęści grafitowe pokryte TaC

CZĘŚĆ/1

Metoda CVD (chemiczne osadzanie pary):

Przy 900-2300 ℃, przy użyciu TACL5 i CNHM jako źródeł tantalum i węgla, H₂ jako atmosfery redukującej, gaz nośnika Ar₂as, folia osadzania reakcji. Przygotowana powłoka jest zwarta, jednolita i wysoka czystość. Istnieją jednak pewne problemy, takie jak skomplikowany proces, kosztowne koszty, trudna kontrola przepływu powietrza i niska wydajność osadzania.

Część/2

Metoda spiekania zawiesiny:

Zawiesina zawierająca źródło węgla, źródło tantalu, środek dyspergujący i spoiwo jest powlekana na graficie i po suszeniu spiekana w wysokiej temperaturze. Przygotowana powłoka rośnie bez regularnej orientacji, ma niski koszt i nadaje się do produkcji na dużą skalę. Pozostaje zbadać, czy można uzyskać jednolitą i pełną powłokę na dużym graficie, wyeliminować defekty podłoża i zwiększyć siłę wiązania powłoki.

Część/3

Metoda natryskiwania plazmowego:

TAC proszek jest stopiony przez łuk plazmy w wysokiej temperaturze, rozpyla się w krople o wysokiej temperaturze za pomocą szybkiego strumienia i rozpylane na powierzchnię materiału grafitowego. Łatwo jest utworzyć warstwę tlenku pod nie-wakuum, a zużycie energii jest duże.

Należy rozwiązać części grafitowe pokryte TaC

CZĘŚĆ/1

Siła wiązania:

Współczynnik rozszerzalności cieplnej i inne właściwości fizyczne TaC i materiałów węglowych są różne, siła wiązania powłoki jest niska, trudno jest uniknąć pęknięć, porów i naprężeń termicznych, a powłoka jest łatwa do odklejenia w rzeczywistej atmosferze zawierającej zgniliznę i wielokrotny proces wyrastania i chłodzenia.

Część/2

Czystość:

Powłoka TaC musi charakteryzować się bardzo wysoką czystością, aby uniknąć zanieczyszczeń i zanieczyszczeń w warunkach wysokiej temperatury. Należy uzgodnić efektywne standardy zawartości i standardy charakterystyki wolnego węgla i wewnętrznych zanieczyszczeń na powierzchni i wewnątrz pełnej powłoki.

Część/3

Stabilność:

Odporność na wysoką temperaturę i odporność na atmosferę chemiczną powyżej 2300 ℃ to najważniejsze wskaźniki sprawdzające stabilność powłoki. Otworki, pęknięcia, brakujące narożniki i granice ziaren o pojedynczej orientacji łatwo powodują przenikanie gazów korozyjnych i wnikanie w grafit, co powoduje uszkodzenie ochrony powłoki.

CZĘŚĆ/4

Odporność na utlenianie:

TaC zaczyna się utleniać do Ta2O5, gdy przekracza 500 ℃, a szybkość utleniania gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i stężenia tlenu. Utlenianie powierzchni rozpoczyna się od granic ziaren i małych ziaren i stopniowo tworzy kryształy kolumnowe i kryształy połamane, w wyniku czego powstaje duża liczba szczelin i dziur, a infiltracja tlenu nasila się aż do usunięcia powłoki. Powstała warstwa tlenku ma słabą przewodność cieplną i wygląd różnorodnych kolorów.

CZĘŚĆ/5

Jednolitość i szorstkość:

Nierównomierny rozkład powierzchni powłoki może prowadzić do miejscowej koncentracji naprężeń termicznych, zwiększając ryzyko pękania i odpryskiwania. Ponadto chropowatość powierzchni wpływa bezpośrednio na interakcję powłoki ze środowiskiem zewnętrznym, a zbyt duża chropowatość łatwo prowadzi do zwiększonego tarcia z płytką i nierównomiernego pola cieplnego.

CZĘŚĆ/6

Rozmiar ziarna:

Jednolita wielkość ziaren pomaga zachować stabilność powłoki. Jeżeli wielkość ziaren jest mała, spoiwo nie jest szczelne, łatwo ulega utlenieniu i korozji, co skutkuje dużą liczbą pęknięć i dziur na krawędzi ziaren, co zmniejsza skuteczność ochronną powłoki. Jeśli wielkość ziarna jest zbyt duża, jest ona stosunkowo szorstka, a powłoka łatwo odpada pod wpływem stresu termicznego.

Wniosek i perspektywa

Zazwyczaj,Części grafitowe powlekane TACNa rynku ma ogromny popyt i szeroki zakres potencjalnych klientów, obecnyCzęści grafitowe pokryte TaCMainstream produkcyjny polega na poleganiu na komponentach CVD TAC. Jednak ze względu na wysoki koszt sprzętu do produkcji CVD TAC i ograniczonej wydajności osadzania tradycyjne materiały grafitowe powlekane SIC nie zostały całkowicie wymienione. Metoda spiekania może skutecznie obniżyć koszty surowców i może dostosować się do złożonych kształtów części grafitowych, aby zaspokoić potrzeby bardziej różnych scenariuszy zastosowania.