Прилагане на графитни части, покрити с ТАК, в единични кристални пещи

Прилагане наГрафитни части, покрити с ТАКВ единични кристални пещи

ЧАСТ/1

В растежа на SIC и ALN единични кристали, използвайки метода на физическия транспорт на изпаряване (PVT), ключовите компоненти като Crucible, притежателя на семена и водещия пръстен играят жизненоважна роля. Както е показано на фигура 2 [1], по време на PVT процеса, семенният кристал е разположен в областта на по -ниската температура, докато SIC суровината е изложена на по -високи температури (над 2400 ℃). Това води до разлагане на суровината, произвеждайки шестки съединения (предимно включително Si, Sic₂, Si₂c и др.). След това материалът на парата се транспортира от областта на високотемпературата до кристала на семената в нискотемпературната област, което води до образуването на ядра на семената, растежа на кристалите и генерирането на единични кристали. Следователно материалите за термично поле, използвани в този процес, като тигел, водещ на потока и държач на кристали на семената, трябва да проявяват високотемпературна устойчивост, без да замърсяват SIC суровините и единичните кристали. По същия начин, нагревателните елементи, използвани при растежа на кристалите ALN, трябва да издържат на Alpor и N₂ корозия, като същевременно притежават висока евтектична температура (с ALN), за да се намали времето за подготовка на кристала.

Наблюдавано е, че използването на покрити с TaC материали с графитно термично поле за получаване на SiC [2-5] и AlN [2-3] води до по-чисти продукти с минимален въглерод (кислород, азот) и други примеси. Тези материали показват по-малко дефекти по ръбовете и по-ниско съпротивление във всяка област. Освен това, плътността на микропорите и ецващите вдлъбнатини (след ецване с KOH) е значително намалена, което води до значително подобрение на качеството на кристала. Освен това, тигелът TaC демонстрира почти нулева загуба на тегло, поддържа неразрушителен външен вид и може да бъде рециклиран (с живот до 200 часа), като по този начин повишава устойчивостта и ефективността на процесите за получаване на единични кристали.

Фиг. 2. (а) Схематична диаграма на устройство за отглеждане на монокристален слитък SiC чрез PVT метод

(б) Скоба за семена с горната TAC с покритие (включително SIC семе)

в) Водещ пръстен от графит с TAC покритие

MOCVD GaN нагревател за растеж на епитаксиален слой

ЧАСТ/2

В областта на MOCVD (металоорганично химическо отлагане на пари) растеж на GaN, решаваща техника за епитаксиален растеж на пари на тънки филми чрез реакции на органометално разлагане, нагревателят играе жизненоважна роля за постигане на прецизен температурен контрол и еднородност в реакционната камера. Както е показано на фигура 3 (a), нагревателят се счита за основен компонент на MOCVD оборудването. Неговата способност бързо и равномерно да нагрява субстрата за продължителни периоди (включително повтарящи се цикли на охлаждане), да издържа на високи температури (устойчив на газова корозия) и да поддържа чистотата на филма пряко влияе върху качеството на отлагането на филма, консистенцията на дебелината и производителността на чипа.

За подобряване на производителността и ефективността на рециклиране на нагревателите в MOCVD GaN растежни системи, въвеждането на графитни нагреватели с покритие от TaC беше успешно. За разлика от конвенционалните нагреватели, които използват покрития от pBN (пиролитичен борен нитрид), епитаксиалните слоеве GaN, отгледани с помощта на нагреватели TaC, показват почти идентични кристални структури, еднородност на дебелината, образуване на присъщи дефекти, допинг на примеси и нива на замърсяване. Освен това, TaC покритието демонстрира ниско съпротивление и ниска повърхностна излъчвателна способност, което води до подобрена ефективност и равномерност на нагревателя, като по този начин намалява консумацията на енергия и топлинните загуби. Чрез контролиране на параметрите на процеса, порьозността на покритието може да се регулира, за да се подобрят допълнително характеристиките на излъчване на нагревателя и да се удължи неговия живот [5]. Тези предимства определят графитните нагреватели с покритие от TaC като отличен избор за MOCVD GaN растежни системи.

Фиг. 3. (a) Схематична диаграма на MOCVD устройство за GAN епитаксиален растеж

(b) Формован графитен нагревател с покритие от TAC, монтиран в MOCVD настройка, с изключение на основа и скоба (илюстрация, показваща основа и скоба в нагревател)

(C) Графитен нагревател с покритие след 17 GAN епитаксиален растеж. 

Предоставен от покритие за епитакси (носач на вафли)

Част/3

Носещият вафли, решаващ структурен компонент, използван при получаването на трета класа полупроводници, като SIC, ALN и GAN, играе жизненоважна роля в епитаксиалните процеси на растеж на вафли. Обикновено изработен от графит, носителят на вафли е покрит с SIC, за да устои на корозия от процесорни газове в епитаксиален температурен диапазон от 1100 до 1600 ° C. Корозионната устойчивост на защитното покритие значително влияе върху живота на носещия вафли. Експерименталните резултати показват, че TAC проявява скорост на корозия приблизително 6 пъти по-бавен от SIC, когато е изложен на амоняк с висока температура. Във високотемпературната водородна среда скоростта на корозия на TAC е дори повече от 10 пъти по-бавна от SIC.

Експерименталните доказателства показват, че тавите, покрити с TAC, проявяват отлична съвместимост в процеса на Blue Light GAN MOCVD, без да въвеждат примеси. С ограничени корекции на процеса светодиодите, отглеждани с помощта на TAC носители, демонстрират сравнима производителност и еднаквост с тези, отглеждани с помощта на конвенционални SIC носители. Следователно, експлоатационният живот на превозвачите, покрити с TAC, надминава този на графитни превозвачи, покрити със SIC.

Фигура. Табла за вафли след използване в MOCVD устройство с епитаксиален растеж на GaN (Veeco P75). Този отляво е покрит с TaC, а този отдясно е покрит със SiC.

Метод за подготовка на общГрафитни части с покритие с так

ЧАСТ/1

Метод CVD (Chemical Vapor Deposition):

При 900-2300 ℃, използвайки TaCl5 и CnHm като източници на тантал и въглерод, H₂ като редуцираща атмосфера, Ar₂as носещ газ, филм за реакционно отлагане. Приготвеното покритие е компактно, равномерно и с висока чистота. Съществуват обаче някои проблеми като сложен процес, скъпи разходи, трудно управление на въздушния поток и ниска ефективност на отлагане.

ЧАСТ/2

Метод на синтероване на суспензия:

Суспензията, съдържаща източник на въглерод, източник на тантал, диспергатор и свързващо вещество, се покрива върху графита и се синтерува при висока температура след изсушаване. Приготвеното покритие расте без правилна ориентация, има ниска цена и е подходящо за мащабно производство. Остава да се проучи, за да се постигне равномерно и пълно покритие върху голям графит, да се елиминират опорните дефекти и да се подобри силата на свързване на покритието.

Част/3

Метод на плазмено пръскане:

Прахът TaC се разтопява чрез плазмена дъга при висока температура, пулверизира се на високотемпературни капчици чрез високоскоростна струя и се напръсква върху повърхността на графитен материал. Лесно е да се образува оксиден слой под не-вакуум и консумацията на енергия е голяма.

Графитни части, покрити с так

ЧАСТ/1

Свързване на обвързване:

Коефициентът на термично разширяване и други физически свойства между ТАК и въглеродните материали са различни, якостта на свързване на покритието е ниска, трудно е да се избегнат пукнатини, пори и термично напрежение, а покритието е лесно да се отлепи в действителната атмосфера, съдържаща гниене и Повтарящ се процес на издигане и охлаждане.

ЧАСТ/2

Чистота:

Покритието TaC трябва да бъде с ултра-висока чистота, за да се избегнат примеси и замърсяване при условия на висока температура, а стандартите за ефективно съдържание и стандартите за характеризиране на свободния въглерод и присъщите примеси на повърхността и вътрешността на пълното покритие трябва да бъдат договорени.

Част/3

Стабилност:

Устойчивостта на висока температура и устойчивостта на химическа атмосфера над 2300 ℃ са най-важните показатели за тестване на стабилността на покритието. Отвори, пукнатини, липсващи ъгли и граници на зърната с една ориентация е лесно да причинят корозивни газове да проникнат и да проникнат в графита, което води до повреда на защитното покритие.

ЧАСТ/4

Устойчивост на окисляване:

TaC започва да се окислява до Ta2O5, когато е над 500 ℃ и скоростта на окисление се увеличава рязко с повишаването на температурата и концентрацията на кислород. Повърхностното окисляване започва от границите на зърната и малките зърна и постепенно образува колоновидни кристали и счупени кристали, което води до голям брой празнини и дупки, а проникването на кислород се засилва, докато покритието се отстрани. Полученият оксиден слой има лоша топлопроводимост и разнообразие от цветове на външен вид.

Част/5

Еднородност и грапавост:

Неравномерното разпределение на повърхността на покритието може да доведе до локална концентрация на термичен стрес, увеличавайки риска от напукване и разпръскване. В допълнение, грапавостта на повърхността пряко влияе върху взаимодействието между покритието и външната среда, а твърде високата грапавост лесно води до повишено триене с вафлата и неравномерното термично поле.

Част/6

Размер на зърното:

Единният размер на зърното помага за стабилността на покритието. Ако размерът на зърното е малък, връзката не е стегната и е лесно да се окислява и корозира, което води до голям брой пукнатини и дупки в ръба на зърното, което намалява защитните характеристики на покритието. Ако размерът на зърното е твърде голям, той е сравнително груб, а покритието е лесно да се отхвърли при термично напрежение.

Заключение и перспектива

като цяло,Графитни части с покритие с такна пазара има огромно търсене и широк спектър от перспективи за приложение, токГрафитни части с покритие с такПроизводственият мейнстрийм е да се разчита на CVD TAC компоненти. Въпреки това, поради високата цена на производственото оборудване за CVD TAC и ограничената ефективност на отлагането, традиционните графитни материали с покритие от SIC не са напълно заменени. Методът на синтероване може ефективно да намали цената на суровините и може да се адаптира към сложни форми на графитни части, така че да отговори на нуждите на по -различни сценарии на приложение.