Applicering av TaC-belagda grafitdelar i enkristallugnar

Tillämpning avTaC-belagda grafitdelari enkristallugnar

DEL/1

I tillväxten av SiC- och AlN-enkristaller med hjälp av den fysiska ångtransportmetoden (PVT) spelar avgörande komponenter som degeln, fröhållaren och styrringen en viktig roll. Som visas i figur 2 [1], under PVT-processen, är frökristallen placerad i den lägre temperaturregionen, medan SiC-råmaterialet utsätts för högre temperaturer (över 2400 ℃). Detta leder till nedbrytning av råmaterialet, vilket ger SiXCy-föreningar (i första hand inklusive Si, SiC₂, Si₂C, etc.). Ångfasmaterialet transporteras sedan från högtemperaturområdet till groddkristallen i lågtemperaturområdet, vilket resulterar i bildandet av groddkärnor, kristalltillväxt och generering av enkristaller. Därför måste de termiska fältmaterialen som används i denna process, såsom degeln, flödesstyrringen och frökristallhållaren, uppvisa högtemperaturbeständighet utan att förorena SiC-råmaterialen och enkristallerna. På liknande sätt måste värmeelementen som används vid AlN-kristalltillväxt motstå Al-ånga och N2-korrosion, samtidigt som de har en hög eutektisk temperatur (med AlN) för att minska kristallberedningstiden.

Det har observerats att användning av TAC-belagda grafit-termiska fältmaterial för framställning av SIC [2-5] och ALN [2-3] resulterar i renare produkter med minimalt kol (syre, kväve) och andra föroreningar. Dessa material uppvisar färre kantfel och lägre resistivitet i varje region. Dessutom reduceras tätheten för mikroporer och etsning av gropar (efter KOH -etsning), vilket leder till en betydande förbättring av kristallkvaliteten. Vidare visar TAC-decible nästan noll viktminskning, upprätthåller ett icke-förstörande utseende och kan återvinnas (med en livslängd på upp till 200 timmar), vilket förbättrar hållbarheten och effektiviteten i enskilda kristallpreparatprocesser.

FIKON. 2. (A) Schematiskt diagram över SIC Single Crystal Ingot Growing Device med PVT -metod

(b) Topp TAC -belagd fröfäste (inklusive sicfrö)

(c) TAC-belagd grafithandbok

MOCVD GaN Epitaxial Layer Growth Heater

DEL/2

Inom området MOCVD (metallorganisk kemisk ångavsättning) gaN-tillväxt, en avgörande teknik för ångepitaxiell tillväxt av tunna filmer genom organometalliska sönderdelning reaktioner, spelar värmaren en viktig roll för att uppnå exakt temperaturkontroll och enhetlighet inom reaktionskammaren. Såsom illustreras i figur 3 (a) betraktas värmaren som kärnkomponenten för MOCVD -utrustning. Dess förmåga att snabbt och jämnt värma underlaget under längre perioder (inklusive upprepade kylcykler), tål höga temperaturer (motstånd mot gaskorrosion) och upprätthålla filmrenheten påverkar direkt kvaliteten på filmavlagring, tjocklekskonsistens och chipprestanda.

För att förbättra prestandan och återvinningseffektiviteten hos värmare i MOCVD GAN-tillväxtsystem har införandet av TAC-belagda grafitvärmare varit framgångsrik. KONTROSTERING med konventionella värmare som använder PBN (pyrolytisk bornitrid) beläggningar, GaN -epitaxiella skikt som odlas med TAC -värmare uppvisar nästan identiska kristallstrukturer, tjocklekens enhetlighet, intrinsisk defektbildning, föroreningsdopning och föroreningsnivåer. Dessutom visar TAC -beläggningen låg resistivitet och låg ytemissivitet, vilket resulterar i förbättrad värmningseffektivitet och enhetlighet, vilket minskar kraftförbrukningen och värmeförlusten. Genom att kontrollera processparametrarna kan beläggningens porositet justeras för att ytterligare förbättra värmarens strålningsegenskaper och förlänga dess livslängd [5]. Dessa fördelar upprättar TAC-belagda grafitvärmare som ett utmärkt val för MOCVD GAN-tillväxtsystem.

FIKON. 3. (a) Schematiskt diagram över MOCVD -enhet för GaN -epitaxial tillväxt

(b) Gjuten TAC-belagd grafitvärmare installerad i MOCVD-uppställning, exklusive bas och fäste (illustration som visar bas och fäste vid uppvärmning)

(c) TAC-belagd grafitvärmare efter 17 GaN epitaxiell tillväxt. 

Belagd susceptor för epitaxi (waferbärare)

DEL/3

Waferbäraren, en avgörande strukturell komponent som används vid framställningen av tredje klassens halvledarwafers såsom SiC, AlN och GaN, spelar en viktig roll i epitaxiella wafertillväxtprocesser. Vanligtvis tillverkad av grafit, är waferbäraren belagd med SiC för att motstå korrosion från processgaser inom ett epitaxiellt temperaturområde på 1100 till 1600 °C. Korrosionsbeständigheten hos den skyddande beläggningen påverkar avsevärt waferbärarens livslängd. Experimentella resultat har visat att TaC uppvisar en korrosionshastighet som är ungefär 6 gånger långsammare än SiC när den utsätts för högtemperaturammoniak. I vätgasmiljöer med hög temperatur är korrosionshastigheten för TaC till och med mer än 10 gånger långsammare än SiC.

Experimentella bevis har visat att brickor belagda med TAC uppvisar utmärkt kompatibilitet i Blue Light GAN MOCVD -processen utan att införa föroreningar. Med begränsade processjusteringar visar lysdioder som odlas med TAC -bärare jämförbar prestanda och enhetlighet med de som odlas med konventionella SIC -bärare. Följaktligen överträffar livslängden för TAC-belagda skivbärare den för obelagda och SIC-belagda grafitbärare.

Figur. Waferbricka efter användning i GaN epitaxiellt odlad MOCVD-enhet (Veeco P75). Den till vänster är belagd med TaC och den till höger är belagd med SiC.

Beredningsmetod av vanligaTaC-belagda grafitdelar

DEL/1

CVD (Chemical Vapor Deposition) metod:

Vid 900-2300 ℃, med TACL5 och CNHM som tantal- och kolkällor, h₂ som minskar atmosfären, ar₂as bärargas, reaktionsfilm. Den beredda beläggningen är kompakt, enhetlig och hög renhet. Det finns emellertid några problem som komplicerad process, dyra kostnader, svår luftflödeskontroll och låg deponeringseffektivitet.

DEL/2

Sintringsmetod för slamning:

Uppslamningen som innehåller kolkälla, tantalkälla, dispergeringsmedel och bindemedel är belagd på grafiten och sintras vid hög temperatur efter torkning. Den beredda beläggningen växer utan regelbunden orientering, har låga kostnader och är lämplig för storskalig produktion. Det återstår att utforskas för att uppnå enhetlig och full beläggning på stor grafit, eliminera stödfel och förbättra beläggningsbindningskraften.

DEL/3

Plasmasprutningsmetod:

TAC-pulver smälts av plasmabågen vid hög temperatur, atomiseras till höga temperaturdroppar med höghastighetsstråle och sprayas på ytan av grafitmaterial. Det är lätt att bilda oxidskikt under icke-vacuum, och energiförbrukningen är stor.

TAC -belagda grafitdelar måste lösas

DEL/1

Bindande kraft:

Den termiska expansionskoefficienten och andra fysikaliska egenskaper mellan TaC och kolmaterial är olika, beläggningens bindningsstyrka är låg, det är svårt att undvika sprickor, porer och termisk stress, och beläggningen är lätt att skala av i den faktiska atmosfären som innehåller röta och upprepad jäsnings- och kylningsprocess.

DEL/2

Renhet:

TAC-beläggning måste vara extremt hög renhet för att undvika föroreningar och föroreningar under höga temperaturförhållanden, och de effektiva innehållsstandarderna och karakteriseringsstandarderna för fritt kol och inneboende föroreningar på ytan och insidan av den fulla beläggningen måste avtalas.

DEL/3

Stabilitet:

Hög temperaturmotstånd och kemisk atmosfärmotstånd över 2300 ℃ är de viktigaste indikatorerna för att testa beläggningens stabilitet. Pinhål, sprickor, saknade hörn och korngränser för enstaka orientering är enkla att orsaka frätande gaser att tränga in och tränga in i grafiten, vilket resulterar i beläggningsskyddsfel.

Del/4

Oxidationsmotstånd:

TAC börjar oxidera till TA2O5 när det är över 500 ℃, och oxidationsgraden ökar kraftigt med ökningen av temperatur och syrekoncentration. Ytoxidationen startar från korngränserna och små korn och bildar gradvis kolumnkristaller och trasiga kristaller, vilket resulterar i ett stort antal luckor och hål, och syreinfiltrering intensifieras tills beläggningen avlägsnas. Det resulterande oxidskiktet har dålig värmeledningsförmåga och en mängd olika färger i utseende.

Del/5

Enhet och grovhet:

Ojämn fördelning av beläggningsytan kan leda till lokal termisk spänningskoncentration, vilket ökar risken för sprickbildning och sprickbildning. Ytjämnheten påverkar dessutom direkt interaktionen mellan beläggningen och den yttre miljön och för hög grovhet leder lätt till ökad friktion med skivan och ojämnt termiskt fält.

Del/6

Kornstorlek:

Den enhetliga kornstorleken hjälper beläggningens stabilitet. Om kornstorleken är liten är bindningen inte tät, och den är lätt att oxideras och korroderas, vilket resulterar i ett stort antal sprickor och hål i kornkanten, vilket minskar beläggningens skyddande prestanda. Om kornstorleken är för stor är den relativt grov och beläggningen är lätt att flaga av under termisk stress.

Slutsats och prospekt

I allmänhet,TAC belagda grafitdelarpå marknaden har en enorm efterfrågan och ett brett utbud av tillämpningsutsikter, den nuvarandeTaC-belagda grafitdelarTillverkning mainstream är att förlita sig på CVD TAC -komponenter. På grund av de höga kostnaderna för CVD TAC -produktionsutrustning och begränsad deponeringseffektivitet har traditionella SIC -belagda grafitmaterial emellertid inte helt ersatts. Sintringsmetoden kan effektivt minska kostnaden för råvaror och kan anpassa sig till komplexa former av grafitdelar för att tillgodose behoven i fler olika applikationsscenarier.