С какви предизвикателства се сблъсква процесът на нанасяне на CVD TaC покритие за растеж на монокристал SiC при обработката на полупроводници?

Въведение

С бързото развитие на нови енергийни превозни средства, 5G комуникации и други полета, изискванията за производителност на електронните устройства на Power се увеличават. Като ново поколение материали за полупроводникови материали с широка лента, силиконов карбид (SIC) се превърна в предпочитания материал за електронни устройства за захранване с отличните си електрически свойства и термична стабилност. Процесът на растеж на SIC единични кристали обаче е изправен пред много предизвикателства, сред които работата на материалите на термичното поле е един от ключовите фактори. Като нов тип термично полево материали, CVD TAC покритието се превърна в ефективен начин за решаване на проблема с растежа на единичен кристал SIC поради отличната си висока температурна устойчивост, устойчивост на корозия и химическа стабилност. Тази статия ще проучи дълбоко предимствата, характеристиките на процеса и перспективите за приложение на CVD TAC покритие при растеж на единичен кристал SIC.

Предистория на индустрията

1. Широко прилагане на SIC единични кристали и проблемите, с които се сблъскват в производствения процес

SiC монокристалните материали се представят добре при висока температура, високо налягане и високочестотни среди и се използват широко в електрически превозни средства, възобновяема енергия и високоефективни захранвания. Според проучване на пазара размерът на пазара на SiC се очаква да достигне 9 милиарда щатски долара до 2030 г. със среден годишен темп на растеж от над 20%. Превъзходното представяне на SiC го прави важна основа за следващото поколение силови електронни устройства. Въпреки това, по време на растежа на монокристалите SiC, материалите с термично поле са изправени пред изпитанието на екстремни среди като висока температура, високо налягане и корозивни газове. Традиционните материали за термично поле като графит и силициев карбид лесно се окисляват и деформират при високи температури и реагират с атмосферата на растеж, засягайки качеството на кристала.

2. Значението на CVD TaC покритието като материал за термично поле

CVD TAC покритието може да осигури отлична стабилност във висока температура и корозивна среда, което го прави незаменим материал за растеж на SIC единични кристали. Проучванията показват, че TAC покритието може ефективно да удължи експлоатационния живот на термичните полеви материали и да подобри качеството на SIC кристалите. TAC покритието може да остане стабилно при екстремни условия до 2300 ℃, като избягва окисляването на субстрата и химическата корозия.

Преглед на темата

1. Основни принципи и предимства на CVD TaC покритието

CVD TaC покритието се образува чрез реакция и отлагане на източник на тантал (като TaCl5) с източник на въглерод при висока температура и има отлична устойчивост на висока температура, устойчивост на корозия и добра адхезия. Неговата плътна и равномерна структура на покритие може ефективно да предотврати окисляването на субстрата и химическата корозия.

2. Технически предизвикателства на процеса на нанасяне на CVD TaC покритие

Въпреки че CVD TaC покритието има много предимства, все още има технически предизвикателства в неговия производствен процес, като контрол на чистотата на материала, оптимизиране на параметрите на процеса и адхезия на покритието.

Част I: Ключовата роля на CVD TaC покритието

●  Устойчивост на висока температура

Точка на топене на TAC и термохимична стабилност: TAC има точка на топене над 3000 ℃, което го прави стабилен при екстремни температури, което е от решаващо значение за растежа на единичен кристал SIC.

Производителност в екстремни температурни среди по време на растеж на единичен кристал SIC **: Проучванията показват, че TAC покритието може ефективно да предотврати окисляването на субстрата във високотемпературни среди от 900-2300 ℃, като по този начин гарантира качеството на SIC кристалите.

●  Устойчивост на корозияtance

Защитният ефект на TaC покритието върху химическата ерозия в реакционни среди със силициев карбид: TaC може ефективно да блокира ерозията на реагенти като Si и SiC₂ върху субстрата, като удължава експлоатационния живот на материалите с термично поле.

● Изисквания за последователност и прецизност

Необходимост при контрол на равномерността и дебелината: Еднообразната дебелина на покритието е от решаващо значение за качеството на кристалите и всяка неравности може да доведе до концентрация на термично напрежение и образуване на пукнатини.

Покритие от танталов карбид (TaC) върху микроскопично напречно сечение

Част II: Основни предизвикателства на процеса на покритие на CVD TAC

●  Контрол на източника на материала и чистотата

Проблеми с цената и веригата на доставки на танталови суровини с висока чистота: Цената на танталовите суровини се колебае значително и предлагането е нестабилно, което се отразява на производствените разходи.

Как примесите на следите в материала влияят на характеристиките на покритието: примесите могат да доведат до влошаване на работата на покритието, като по този начин се отразява на качеството на SIC кристалите.

●  Оптимизиране на параметрите на процеса

Прецизно управление на температурата на покритието, налягането и потока на газа: Тези параметри имат пряко влияние върху качеството на покритието и трябва да бъдат фино регулирани, за да се гарантира най -добрият ефект на отлагане.

Как да избягвате дефектите на покритието върху субстратите с големи площи: Дефектите са склонни да се появяват по време на отлагане на големи райони и трябва да се разработят нови технически средства за наблюдение и коригиране на процеса на отлагане.

● Адхезия на покритие

Трудности при оптимизиране на ефективността на адхезията между покритието на ТАК и субстрата: Разликите в коефициентите на термично разширяване между различните материали могат да доведат до дебониране и подобряване на лепилата или процесите на отлагане са необходими за подобряване на адхезията.

Потенциални рискове и контрамерки при разлепване на покритие: Разлепването може да доведе до производствени загуби, така че е необходимо да се разработят нови лепила или да се използват композитни материали за подобряване на здравината на залепване.

●  Поддръжка на оборудването и стабилност на процеса

Сложността и разходите за поддръжка на оборудването на процесора на CVD: оборудването е скъпо и трудно се поддържа, което увеличава общите производствени разходи.

Проблеми с последователността при дългосрочна работа на процеса: Дългосрочната работа може да причини колебания на производителността и оборудването трябва да се калибрира редовно, за да се гарантира консистенция.

● Защита на околната среда и контрол на разходите

Третиране на странични продукти (като хлориди) по време на нанасяне на покритие: Отпадъчният газ трябва да бъде ефективно третиран, за да отговаря на стандартите за опазване на околната среда, което увеличава производствените разходи.

Как да балансирате висока производителност и икономически ползи: Намаляването на производствените разходи, като същевременно се гарантира качеството на покритието, е важно предизвикателство пред индустрията.

Част III: Индустриални решения и гранични изследвания

●  Нова технология за оптимизиране на процеси

Използвайте усъвършенствани алгоритми за контрол на CVD, за да постигнете по-висока прецизност: Чрез оптимизиране на алгоритъма, скоростта на отлагане и еднородността могат да бъдат подобрени, като по този начин се подобрява ефективността на производството.

Въвеждане на нови газови формули или добавки за подобряване на работата на покритието: Проучванията показват, че добавянето на специфични газове може да подобри адхезията на покритието и антиоксидантните свойства.

●  Пробив в изследването и развитието на материалите

Подобряване на работата на TAC чрез наноструктурирана технология на покритие: Наноструктурите могат значително да подобрят твърдостта и устойчивостта на износване на TAC покритията, като по този начин повишават работата им при екстремни условия.

Синтетични алтернативни материали за покритие (като композитна керамика): Новите композитни материали могат да осигурят по-добра производителност и да намалят производствените разходи.

●  Автоматизация и цифрови фабрики

Мониторинг на процесите с помощта на изкуствен интелект и сензорна технология: Мониторингът в реално време може да регулира параметрите на процеса във времето и да подобри ефективността на производството.

Подобрете ефективността на производството, като същевременно намалите разходите: Технологията за автоматизация може да намали ръчната намеса и да подобри цялостната ефективност на производството.