Примена ТаЦ-превучених графитних делова у пећима од једног кристала

ПрименаГрафитни делови пресвучени ТаЦ-ому монокристалним пећима

ДЕО 1

У расту монокристала СиЦ и АлН помоћу методе физичког транспорта паре (ПВТ), кључне компоненте као што су лончић, држач семена и прстен за вођење играју виталну улогу. Као што је приказано на слици 2 [1], током ПВТ процеса, кристал за семе је позициониран у области ниже температуре, док је СиЦ сировина изложена вишим температурама (изнад 2400 ℃). Ово доводи до разлагања сировине, стварајући једињења СиКСЦи (првенствено укључујући Си, СиЦ₂, Си2Ц, итд.). Материјал парне фазе се затим транспортује од високотемпературног региона до кристала за семе у области ниских температура, што резултира формирањем језгара семена, растом кристала и стварањем монокристала. Стога, материјали термичког поља који се користе у овом процесу, као што су лончић, прстен за вођење протока и држач кристала за семе, морају да покажу отпорност на високе температуре без контаминације СиЦ сировина и монокристала. Слично томе, грејни елементи који се користе у расту кристала АлН морају да издрже Ал пару и Н2 корозију, док такође поседују високу еутектичку температуру (са АлН) како би се смањило време припреме кристала.

Примећено је да коришћење графитних материјала термичког поља обложених ТаЦ за припрему СиЦ [2-5] и АлН [2-3] резултира чистијим производима са минималним угљеником (кисеоник, азот) и другим нечистоћама. Ови материјали показују мање ивичних дефеката и нижу отпорност у сваком региону. Поред тога, густина микропора и удубљења (након јеткања КОХ) је значајно смањена, што доводи до значајног побољшања квалитета кристала. Штавише, ТаЦ лончић показује скоро нулти губитак тежине, одржава недеструктивни изглед и може се рециклирати (са животним веком до 200 сати), чиме се повећава одрживост и ефикасност процеса припреме монокристала.

ШИПАК. 2. (а) Шематски дијаграм уређаја за узгој монокристалних ингота СиЦ ПВТ методом

(б) Горњи ТаЦ обложени носач семена (укључујући СиЦ семе)

(ц) ТАЦ обложен графитни прстен за вођење

МОЦВД ГаН Епитаксијални грејач за раст слоја

ДЕО 2

У области МОЦВД (метално-органско хемијско таложење паре) раста ГаН, кључне технике за епитаксијални раст танких филмова паром кроз реакције органометалне разградње, грејач игра виталну улогу у постизању прецизне контроле температуре и униформности унутар реакционе коморе. Као што је илустровано на слици 3 (а), грејач се сматра основном компонентом МОЦВД опреме. Његова способност да брзо и уједначено загрева подлогу током дужих периода (укључујући поновљене циклусе хлађења), издржи високе температуре (отпорна на корозију гаса) и одржи чистоћу филма директно утиче на квалитет наношења филма, конзистенцију дебљине и перформансе чипа.

Да би се побољшале перформансе и ефикасност рециклаже грејача у МОЦВД ГаН системима раста, увођење графитних грејача обложених ТаЦ је било успешно. За разлику од конвенционалних грејача који користе превлаке пБН (пиролитички бор нитрид), ГаН епитаксијални слојеви узгајани коришћењем ТаЦ грејача показују скоро идентичне кристалне структуре, уједначеност дебљине, формирање интринзичног дефекта, допирање нечистоћа и нивое контаминације. Штавише, ТаЦ премаз показује ниску отпорност и ниску површинску емисивност, што резултира побољшаном ефикасношћу и униформношћу грејача, чиме се смањује потрошња енергије и губитак топлоте. Контролом параметара процеса, порозност превлаке се може подесити како би се додатно побољшале карактеристике зрачења грејача и продужио век трајања [5]. Ове предности постављају графитне грејаче обложене ТаЦ-ом као одличан избор за МОЦВД ГаН системе раста.

ШИПАК. 3. (а) Шематски дијаграм МОЦВД уређаја за ГаН епитаксијални раст

(б) Изливени графитни грејач обложен ТАЦ инсталиран у МОЦВД поставци, искључујући основу и носач (илустрација која приказује базу и држач у грејању)

(ц) Графитни грејач обложен ТАЦ након епитаксијалног раста од 17 ГаН. 

Обложени сусцептор за епитаксију (носач плочице)

ДЕО/3

Носач плочице, кључна структурна компонента која се користи у припреми полупроводничких плочица треће класе као што су СиЦ, АлН и ГаН, игра виталну улогу у процесима раста епитаксијалне плочице. Обично направљен од графита, носач плочице је обложен СиЦ-ом да би се одупирао корозији процесних гасова у епитаксијалном температурном опсегу од 1100 до 1600 °Ц. Отпорност на корозију заштитног премаза значајно утиче на животни век носача плочице. Експериментални резултати су показали да ТаЦ показује стопу корозије приближно 6 пута спорију од СиЦ када је изложен високотемпературном амонијаку. У срединама са високом температуром водоника, стопа корозије ТаЦ је чак више од 10 пута спорија од СиЦ.

Експериментални докази су показали да посуде обложене ТаЦ показују одличну компатибилност у ГаН МОЦВД процесу плаве светлости без уношења нечистоћа. Са ограниченим прилагођавањима процеса, ЛЕД диоде узгајане помоћу ТаЦ носача показују упоредиве перформансе и униформност са онима које се узгајају коришћењем конвенционалних СиЦ носача. Сходно томе, век трајања носача плочица обложених ТаЦ надмашује онај код необложених и графитних носача обложених СиЦ.

Фигура. Посуда за вафле након употребе у ГаН епитаксијалном МОЦВД уређају (Веецо П75). Онај са леве стране је обложен ТаЦ, а онај са десне стране је обложен СиЦ.

Начин припреме обичнихТаЦ обложени графитни делови

ДЕО 1

ЦВД (хемијско таложење паре) метода:

На 900-2300℃, коришћењем ТаЦл5 и ЦнХм као извора тантала и угљеника, Х₂ као редукционе атмосфере, Ар₂ас гаса носача, филма за таложење реакције. Припремљени премаз је компактан, уједначен и високе чистоће. Међутим, постоје неки проблеми као што су компликован процес, скупи трошкови, тешка контрола протока ваздуха и ниска ефикасност таложења.

ДЕО 2

Метода синтеровања суспензије:

Суспензија која садржи извор угљеника, извор тантала, дисперзант и везиво се облаже на графит и синтерује на високој температури након сушења. Припремљени премаз расте без редовне оријентације, има ниску цену и погодан је за производњу великих размера. Остаје да се истражи како би се постигао уједначен и пун премаз на великом графиту, елиминисали дефекти потпоре и побољшала сила везивања премаза.

ДЕО/3

Метода прскања плазмом:

ТаЦ прах се топи плазма луком на високој температури, распршује се у капљице високе температуре помоћу млаза велике брзине и распршује се на површину графитног материјала. Лако је формирати оксидни слој под невакумом, а потрошња енергије је велика.

ТаЦ обложене графитне делове треба решити

ДЕО 1

Сила везивања:

Коефицијент термичке експанзије и друга физичка својства између ТаЦ и угљеничних материјала су различити, чврстоћа везивања премаза је ниска, тешко је избећи пукотине, поре и термички стрес, а премаз се лако одлепи у стварној атмосфери која садржи трулеж и поновљени процес дизања и хлађења.

ДЕО 2

чистоћа:

ТаЦ премаз треба да буде ултра-високе чистоће да би се избегле нечистоће и загађење у условима високе температуре, а потребно је договорити стандарде ефективног садржаја и стандарде карактеризације слободног угљеника и унутрашњих нечистоћа на површини и унутрашњости целог премаза.

ДЕО/3

Стабилност:

Отпорност на високе температуре и отпорност на хемијску атмосферу изнад 2300℃ су најважнији показатељи за тестирање стабилности премаза. Рупе, пукотине, углови који недостају и границе зрна са једном оријентацијом лако изазивају продор корозивних гасова и продирање у графит, што доводи до квара заштите премаза.

ПАРТ/4

Отпорност на оксидацију:

ТаЦ почиње да оксидира у Та2О5 када је изнад 500℃, а брзина оксидације нагло расте са повећањем температуре и концентрације кисеоника. Површинска оксидација почиње од граница зрна и ситних зрна и постепено формира стубасте кристале и изломљене кристале, што резултира великим бројем празнина и рупа, а инфилтрација кисеоника се интензивира све док се премаз не скине. Добијени оксидни слој има лошу топлотну проводљивост и различите боје по изгледу.

ПАРТ/5

Уједначеност и храпавост:

Неравномерна дистрибуција површине премаза може довести до локалне концентрације термичког напрезања, повећавајући ризик од пуцања и ломљења. Поред тога, храпавост површине директно утиче на интеракцију између премаза и спољашње средине, а превисока храпавост лако доводи до повећаног трења са подлогом и неуједначеног топлотног поља.

ПАРТ/6

Величине зрна:

Уједначена величина зрна помаже стабилности премаза. Ако је величина зрна мала, веза није чврста и лако се оксидира и кородира, што резултира великим бројем пукотина и рупа на ивици зрна, што смањује заштитне перформансе премаза. Ако је величина зрна превелика, она је релативно храпава, а премаз се лако љушти под термичким стресом.

Закључак и изгледи

Генерално,ТаЦ обложени графитни деловина тржишту има огромну потражњу и широк спектар могућности примене, тренутниТаЦ обложени графитни деловиГлавни ток производње је ослањање на ЦВД ТаЦ компоненте. Међутим, због високе цене опреме за производњу ЦВД ТаЦ и ограничене ефикасности таложења, традиционални графитни материјали обложени СиЦ нису у потпуности замењени. Метода синтеровања може ефикасно да смањи трошкове сировина и може се прилагодити сложеним облицима графитних делова, како би задовољила потребе више различитих сценарија примене.