Anvendelse af tac-coatede grafitdele i enkeltkrystallovne

Anvendelse afTaC-coated grafit deleI enkeltkrystallovne

DEL/1

I væksten af ​​SIC- og ALN -enkeltkrystaller ved hjælp af den fysiske damptransport (PVT) -metode, spiller afgørende komponenter såsom digel, frøholder og guide ring en vigtig rolle. Som afbildet i figur 2 [1] er frøkrystallen i figur 2 [1] placeret i den nedre temperaturområde, mens SIC -råmaterialet udsættes for højere temperaturer (over 2400 ℃). Dette fører til nedbrydning af råmaterialet, der producerer sekscy -forbindelser (primært inklusive Si, SiC₂, SI₂C osv.). Dampfasematerialet transporteres derefter fra højtemperaturregionen til frøkrystallen i lavtemperaturregionen, hvilket resulterer i dannelse af frøkerner, krystalvækst og generering af enkeltkrystaller. Derfor er de termiske feltmaterialer, der er anvendt i denne proces, såsom digel, flowguide ring og frøkrystallholder, nødt til at udvise høj temperaturresistens uden at kontaminere sic-råmaterialer og enkeltkrystaller. Tilsvarende skal de varmeelementer, der anvendes i Aln -krystalvækst, modstå Al -damp og N₂ -korrosion, samtidig med at de besidder en høj eutektisk temperatur (med ALN) for at reducere krystalforberedelsestiden.

Det er blevet observeret, at anvendelse af TaC-belagte grafit termiske feltmaterialer til fremstilling af SiC [2-5] og AlN [2-3] resulterer i renere produkter med minimalt kulstof (ilt, nitrogen) og andre urenheder. Disse materialer udviser færre kantfejl og lavere resistivitet i hver region. Derudover er tætheden af ​​mikroporer og ætsningshuller (efter KOH-ætsning) væsentligt reduceret, hvilket fører til en væsentlig forbedring af krystalkvaliteten. Ydermere demonstrerer TaC-digelen næsten nul vægttab, bevarer et ikke-destruktivt udseende og kan genbruges (med en levetid på op til 200 timer), hvilket forbedrer bæredygtigheden og effektiviteten af ​​enkeltkrystal-fremstillingsprocesser.

Fig. 2. (a) Skematisk diagram over Sic Single Crystal Ingot -voksende enhed ved PVT -metode

(b) Top TAC Coated Seed Bracket (inklusive SIC Seed)

(c) TAC-belagt grafitstyrering

MOCVD GaN Epitaxial Layer Growth Heater

DEL/2

Inden for MOCVD (metal-organisk kemisk dampaflejring) GaN-vækst, en afgørende teknik til dampepitaksial vækst af tynde film gennem organometalliske nedbrydningsreaktioner, spiller varmen en vigtig rolle i opnåelsen af ​​præcis temperaturkontrol og ensartethed inden for reaktionskammeret. Som illustreret i figur 3 (a) betragtes varmeapparatet som kernekomponenten i MOCVD -udstyr. Dets evne til hurtigt og ensartet at varme underlaget over længere perioder (inklusive gentagne kølecyklusser), modstå høje temperaturer (modstand mod gaskorrosion) og opretholde filmrenhed direkte påvirker kvaliteten af ​​filmaflejring, tykkekonsistens og chipydelse.

For at forbedre ydeevnen og genbrugseffektiviteten af ​​varmeapparater i MOCVD GaN vækstsystemer, har introduktionen af ​​TaC-belagte grafitvarmere været vellykket. I modsætning til konventionelle varmeapparater, der anvender pBN-belægninger (pyrolytisk bornitrid), udviser GaN-epitaksiale lag dyrket ved hjælp af TaC-varmere næsten identiske krystalstrukturer, ensartet tykkelse, dannelse af iboende defekter, urenhedsdoping og kontamineringsniveauer. Desuden demonstrerer TaC-belægningen lav resistivitet og lav overfladeemissivitet, hvilket resulterer i forbedret varmeeffektivitet og ensartethed, hvorved strømforbruget og varmetabet reduceres. Ved at kontrollere procesparametrene kan belægningens porøsitet justeres for yderligere at forbedre varmelegemets strålingsegenskaber og forlænge dets levetid [5]. Disse fordele etablerer TaC-belagte grafitvarmere som et fremragende valg til MOCVD GaN vækstsystemer.

FIG. 3. (a) Skematisk diagram af MOCVD-enhed til GaN epitaksial vækst

(b) Støbt TAC-belagt grafitvarmer installeret i MOCVD-opsætning, eksklusive sokkel og beslag (illustration, der viser sokkel og beslag i opvarmning)

(c) TAC-belagt grafitvarmer efter 17 GaN epitaksial vækst. 

Coated Susceptor for Epitaxy (Wafer Carrier)

DEL/3

Wafer-bæreren, en afgørende strukturel komponent, der bruges til fremstilling af tredjeklasses halvlederwafere såsom SiC, AlN og GaN, spiller en afgørende rolle i epitaksiale wafer-vækstprocesser. Waferbæreren er typisk lavet af grafit og er belagt med SiC for at modstå korrosion fra procesgasser inden for et epitaksielt temperaturområde på 1100 til 1600 °C. Korrosionsbestandigheden af ​​den beskyttende belægning påvirker waferbærerens levetid betydeligt. Eksperimentelle resultater har vist, at TaC udviser en korrosionshastighed ca. 6 gange langsommere end SiC, når det udsættes for højtemperaturammoniak. I højtemperaturbrintmiljøer er korrosionshastigheden af ​​TaC endnu mere end 10 gange langsommere end SiC.

Eksperimentelle beviser har vist, at bakker, der er belagt med TAC, udviser fremragende kompatibilitet i Blue Light GaN MOCVD -processen uden at indføre urenheder. Med begrænsede procesjusteringer demonstrerer LED'er, der dyrkes ved hjælp af TAC -bærere, sammenlignelig ydelse og ensartethed med dem, der er dyrket ved hjælp af konventionelle SIC -bærere. Følgelig overgår levetiden for tac-coatede wafer-transportører den af ​​ikke-overtrukne og sic-coatede grafitbærere.

Figur. Waferbakke efter brug i GaN epitaksial dyrket MOCVD-enhed (Veeco P75). Den til venstre er belagt med TaC og den til højre er belagt med SiC.

Forberedelsesmetode til fællesTaC-belagte grafitdele

DEL/1

CVD (Chemical Vapor Deposition) metode:

Ved 900-2300 ℃, ved brug af TaCl5 og CnHm som tantal- og kulstofkilder, H₂ som reducerende atmosfære, Ar₂as-bæregas, reaktionsaflejringsfilm. Den forberedte belægning er kompakt, ensartet og høj renhed. Der er dog nogle problemer såsom kompliceret proces, dyre omkostninger, vanskelig luftstrømskontrol og lav deponeringseffektivitet.

DEL/2

Opslæmningssintringsmetode:

Opslæmningen, der indeholder carbonkilde, tantalkilde, spredning og bindemiddel er belagt på grafitten og sintret ved høj temperatur efter tørring. Den forberedte belægning vokser uden regelmæssig orientering, har lave omkostninger og er velegnet til storskala produktion. Det gjenstår at udforskes for at opnå ensartet og fuld belægning på stor grafit, eliminere understøtningsfejl og forbedre belægningskraften.

DEL/3

Plasma sprøjtemetode:

TaC-pulver smeltes ved plasmabue ved høj temperatur, forstøves til højtemperaturdråber med højhastighedsstråle og sprøjtes på overfladen af ​​grafitmateriale. Det er let at danne oxidlag under ikke-vakuum, og energiforbruget er stort.

TaC-belagte grafitdele skal løses

DEL/1

Bindende kraft:

Den termiske udvidelseskoefficient og andre fysiske egenskaber mellem TaC og kulstofmaterialer er forskellige, belægningens bindingsstyrke er lav, det er vanskeligt at undgå revner, porer og termisk stress, og belægningen er let at pille af i den aktuelle atmosfære, der indeholder råd og gentagen hæve- og afkølingsproces.

DEL/2

Renhed:

TAC-belægning skal være ultrahøj renhed for at undgå urenheder og forurening under høje temperaturforhold, og de effektive indholdsstandarder og karakteriseringsstandarder for frit kulstof og iboende urenheder på overfladen og inde i det fulde belægning skal aftales.

DEL/3

Stabilitet:

Høj temperaturbestandighed og kemisk atmosfæreresistens over 2300 ℃ er de vigtigste indikatorer for at teste belægningens stabilitet. Nålehuller, revner, manglende hjørner og enkeltorienterede korngrænser er nemme at få ætsende gasser til at trænge ind i og trænge ind i grafitten, hvilket resulterer i svigt af belægningsbeskyttelsen.

DEL/4

Oxidationsmodstand:

TAC begynder at oxidere til TA2O5, når den er over 500 ℃, og oxidationshastigheden øges kraftigt med stigningen i temperatur og iltkoncentration. Overfladeoxidation starter fra korngrænserne og små korn, og danner gradvist søjle krystaller og ødelagte krystaller, hvilket resulterer i et stort antal huller og huller, og iltinfiltration intensiveres, indtil belægningen er fjernet. Det resulterende oxidlag har dårlig termisk ledningsevne og en række farver i udseende.

DEL/5

Ensartethed og ruhed:

Ujævn fordeling af belægningsoverfladen kan føre til lokal termisk stresskoncentration, hvilket øger risikoen for revner og sprøjtning. Derudover påvirker overfladefremhed direkte samspillet mellem belægningen og det ydre miljø, og for høj ruhed fører let til øget friktion med skiven og ujævnt termisk felt.

DEL/6

Kornstørrelse:

Den ensartede kornstørrelse hjælper coatingens stabilitet. Hvis kornstørrelsen er lille, er bindingen ikke stram, og det er let at blive oxideret og korroderet, hvilket resulterer i et stort antal revner og huller i kornkanten, hvilket reducerer belægningen af ​​belægningen. Hvis kornstørrelsen er for stor, er den relativt ru, og belægningen er let at flage af under termisk stress.

Konklusion og udsigt

Generelt,TaC-belagte grafitdelepå markedet har en enorm efterspørgsel og en bred vifte af anvendelsesmuligheder, den nuværendeTaC-belagte grafitdeleFremstilling af mainstream er at stole på CVD TAC -komponenter. På grund af de høje omkostninger ved CVD TAC -produktionsudstyr og begrænset deponeringseffektivitet er traditionelle SIC -coatede grafitmaterialer imidlertid ikke blevet udskiftet fuldstændigt. Sintringmetoden kan effektivt reducere omkostningerne ved råvarer og kan tilpasse sig komplekse former af grafitdele for at imødekomme behovene i flere forskellige applikationsscenarier.