Jakie wyzwania stoją przed procesem powlekania CVD TaC w przypadku wzrostu monokryształów SiC w przetwarzaniu półprzewodników?

Wstęp

Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów energetycznych, komunikacji 5G i innych dziedzin zwiększają się wymagania dotyczące wydajności urządzeń elektronicznych. Jako nowa generacja materiałów półprzewodników szerokich bandgap, węglik krzemu (SIC) stał się preferowanym materiałem do urządzeń elektronicznych mocy o doskonałych właściwościach elektrycznych i stabilności termicznej. Jednak proces wzrostu pojedynczych kryształów SIC stoi przed wieloma wyzwaniami, w tym wydajność materiałów pola termicznego jest jednym z kluczowych czynników. Jako nowy rodzaj materiału pola termicznego powłoka CVD TAC stała się skutecznym sposobem rozwiązania problemu SIC pojedynczego wzrostu kryształu ze względu na jego doskonałą oporność w wysokiej temperaturze, odporność na korozję i stabilność chemiczną. W tym artykule głęboko zbada zalety, cechy procesu i perspektywy aplikacji powłoki CVD TAC w SIC pojedynczych kryształach.

Tło branży

1. Szerokie zastosowanie pojedynczych kryształów SIC i problemy, jakie napotykają w procesie produkcyjnym

SIC pojedynczych materiałów krystalicznych dobrze działają w środowiskach wysokiej temperatury, wysokiej częstotliwości i wysokiej częstotliwości i są szeroko stosowane w pojazdach elektrycznych, energii odnawialnej i zasilaczach o wysokiej wydajności. Według badań rynkowych wielkość rynku SIC osiągnie 9 miliardów USD do 2030 r., Przy średniej rocznej stopie wzrostu ponad 20%. Najwyższa wydajność SIC sprawia, że ​​jest to ważna podstawa dla nowej generacji urządzeń elektronicznych Power. Jednak podczas wzrostu pojedynczych kryształów SIC materiały pola termicznego stoją przed testem ekstremalnych środowisk, takich jak wysoka temperatura, wysokie ciśnienie i gazy korozyjne. Tradycyjne materiały pola termiczne, takie jak grafit i węglika krzemu, można łatwo utleniać i deformować w wysokich temperaturach i reagują z atmosferą wzrostu, wpływając na jakość kryształu.

2. Znaczenie powłoki CVD TaC jako materiału pola cieplnego

Powłoka CVD TaC może zapewnić doskonałą stabilność w wysokich temperaturach i środowiskach korozyjnych, co czyni ją niezbędnym materiałem do wzrostu monokryształów SiC. Badania wykazały, że powłoka TaC może skutecznie przedłużyć żywotność materiałów pola termicznego i poprawić jakość kryształów SiC. Powłoka TaC może pozostać stabilna w ekstremalnych warunkach do 2300 ℃, unikając utleniania podłoża i korozji chemicznej.

Przegląd tematu

1. Podstawowe zasady i zalety powłok CVD TaC

Powłoka CVD TaC powstaje w wyniku reakcji i osadzania źródła tantalu (takiego jak TaCl5) ze źródłem węgla w wysokiej temperaturze i ma doskonałą odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję i dobrą przyczepność. Gęsta i jednolita struktura powłoki może skutecznie zapobiegać utlenianiu podłoża i korozji chemicznej.

2. Wyzwania techniczne procesu powlekania CVD TaC

Chociaż powłoka CVD TaC ma wiele zalet, w procesie produkcyjnym nadal istnieją wyzwania techniczne, takie jak kontrola czystości materiału, optymalizacja parametrów procesu i przyczepność powłoki.

Część I: Kluczowa rola powłoki CVD TAC

● Opór o wysokiej temperaturze

Temperatura topnienia TaC i stabilność termochemiczna: TaC ma temperaturę topnienia ponad 3000 ℃, co czyni go stabilnym w ekstremalnych temperaturach, co ma kluczowe znaczenie dla wzrostu monokryształów SiC.

Wydajność w środowiskach o ekstremalnych temperaturach podczas wzrostu monokryształów SiC**: Badania wykazały, że powłoka TaC może skutecznie zapobiegać utlenianiu podłoża w środowiskach o wysokiej temperaturze 900-2300 ℃, zapewniając w ten sposób jakość kryształów SiC.

● Corrosion ResisTance

Ochronne działanie powłoki TaC na erozję chemiczną w środowiskach reakcji węglika krzemu: TaC może skutecznie blokować erozję reagentów, takich jak Si i SiC₂ na podłożu, wydłużając żywotność materiałów pola termicznego.

●  Wymagania dotyczące spójności i precyzji

Konieczność jednolitości i kontroli grubości powlekania: Jednolita grubość powłoki ma kluczowe znaczenie dla jakości kryształów, a każda nierównomierność może prowadzić do stężenia naprężenia termicznego i tworzenia pęknięcia.

Powłoka z węglika tantalu (TaC) na mikroskopijnym przekroju poprzecznym

Część II: Główne wyzwania procesu powlekania CVD TAC

●  Źródło materiału i kontrola czystości

Kwestie kosztów i łańcucha dostaw surowców tanalum o dużej czystości: cena surowców tantalum znacznie się zmienia, a podaż jest niestabilna, co wpływa na koszt produkcji.

Jak śladowe zanieczyszczenia w materiale wpływają na wydajność powłoki: Zanieczyszczenia mogą powodować pogorszenie wydajności powłoki, wpływając w ten sposób na jakość kryształów SiC.

● Optymalizacja parametrów procesu

Dokładna kontrola temperatury powłoki, ciśnienia i przepływu gazu: Parametry te mają bezpośredni wpływ na jakość powłoki i muszą być drobno regulowane, aby zapewnić najlepszy efekt osadzania.

Jak uniknąć powłoki wad na podłożach na dużym obszarze: defekty są podatne na wystąpienie podczas osadzania dużego obszaru, a nowe środki techniczne należy opracować w celu monitorowania i dostosowania procesu osadzania.

●  Przyczepność powłoki

Trudności w optymalizacji przyczepności pomiędzy powłoką TaC a podłożem: Różnice we współczynnikach rozszerzalności cieplnej pomiędzy różnymi materiałami mogą prowadzić do odklejania się, a w celu zwiększenia przyczepności potrzebne są ulepszenia w procesach klejenia lub osadzania.

Potencjalne ryzyko i środki zaradcze związane z odklejaniem się powłoki: Odklejanie może prowadzić do strat produkcyjnych, dlatego konieczne jest opracowanie nowych klejów lub użycie materiałów kompozytowych w celu zwiększenia siły wiązania.

● Konserwacja sprzętu i stabilność procesu

Koszt złożoności i konserwacji sprzętu procesowego CVD: sprzęt jest drogi i trudny w utrzymaniu, co zwiększa ogólny koszt produkcji.

Problemy ze spójnością w długoterminowym działaniu procesu: Długoterminowe działanie może powodować wahania wydajności, a sprzęt musi być regularnie kalibrowany, aby zapewnić spójność.

●  Ochrona środowiska i kontrola kosztów

Oczyszczanie produktów ubocznych (takich jak chlorki) podczas powlekania: gaz odpadów należy skutecznie oblewać w celu spełnienia standardów ochrony środowiska, co zwiększa koszty produkcji.

Jak zrównoważyć wysoką wydajność i korzyści ekonomiczne: Obniżenie kosztów produkcji przy jednoczesnym zapewnieniu jakości powłoki jest ważnym wyzwaniem stojącym przed branżą.

Część III: Rozwiązania branżowe i badania pionierskie

● Nowa technologia optymalizacji procesów

Użyj zaawansowanych algorytmów kontroli CVD, aby osiągnąć wyższą precyzję: poprzez optymalizację algorytmu, szybkość osadzania i jednolitość można poprawić, poprawiając w ten sposób wydajność produkcji.

Wprowadzenie nowych formuł gazów lub dodatków poprawiających wydajność powłok: Badania wykazały, że dodanie określonych gazów może poprawić przyczepność powłoki i właściwości przeciwutleniające.

● Przełom w badaniach materialnych i rozwoju

Poprawa wydajności TAC dzięki nanostrukturalnej technologii powlekania: Nanostruktury mogą znacznie poprawić twardość i odporność na zużycie powłok TAC, zwiększając w ten sposób ich wydajność w ekstremalnych warunkach.

Syntetyczne alternatywne materiały powłokowe (takie jak ceramika kompozytowa): nowe materiały kompozytowe mogą zapewnić lepszą wydajność i obniżyć koszty produkcji.

● Automatyzacja i fabryki cyfrowe

Monitorowanie procesów za pomocą sztucznej inteligencji i technologii czujników: Monitorowanie w czasie rzeczywistym może dostosować parametry procesu w czasie i poprawić wydajność produkcji.

Popraw wydajność produkcji przy jednoczesnej redukcji kosztów: technologia automatyzacji może ograniczyć interwencje ręczne i poprawić ogólną wydajność produkcji.