Vilka utmaningar har CVD TAC -beläggningsprocessen för SIC enstaka kristalltillväxt i halvledarbearbetning?

Introduktion

Med den snabba utvecklingen av nya energifordon, 5G -kommunikation och andra fält ökar prestandakraven för kraftelektroniska enheter. Som en ny generation av breda bandgap halvledarmaterial har kiselkarbid (SIC) blivit det föredragna materialet för kraftelektroniska enheter med dess utmärkta elektriska egenskaper och termisk stabilitet. Tillväxtprocessen för SIC -enstaka kristaller står emellertid inför många utmaningar, bland vilka prestandan för termiska fältmaterial är en av de viktigaste faktorerna. Som en ny typ av termiskt fältmaterial har CVD TAC -beläggning blivit ett effektivt sätt att lösa problemet med SIC -enkelkristalltillväxt på grund av dess utmärkta höga temperaturmotstånd, korrosionsbeständighet och kemisk stabilitet. Den här artikeln kommer djupt att utforska fördelar, processegenskaper och tillämpningsutsikter för CVD TAC -beläggning i SIC -enstaka kristalltillväxt.

Branschbakgrund

1. Bred användning av SiC-enkristaller och de problem de möter i produktionsprocessen

SiC enkristallmaterial fungerar bra i miljöer med hög temperatur, högt tryck och hög frekvens, och används i stor utsträckning i elfordon, förnybar energi och högeffektiva strömförsörjningar. Enligt marknadsundersökningar förväntas storleken på SiC-marknaden uppgå till 9 miljarder USD år 2030, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt på mer än 20 %. SiC:s överlägsna prestanda gör den till en viktig grund för nästa generations kraftelektroniska enheter. Men under tillväxten av SiC-enkristaller, möter termiska fältmaterial tester av extrema miljöer som hög temperatur, högt tryck och korrosiva gaser. Traditionella termiska fältmaterial som grafit och kiselkarbid oxideras och deformeras lätt vid höga temperaturer och reagerar med tillväxtatmosfären, vilket påverkar kvaliteten på kristallen.

2. Betydelsen av CVD TAC -beläggning som ett termiskt fältmaterial

CVD TaC-beläggning kan ge utmärkt stabilitet i hög temperatur och korrosiva miljöer, vilket gör det till ett oumbärligt material för tillväxten av SiC-enkristaller. Studier har visat att TaC-beläggning effektivt kan förlänga livslängden för termiska fältmaterial och förbättra kvaliteten på SiC-kristaller. TaC-beläggning kan förbli stabil under extrema förhållanden upp till 2300 ℃, vilket undviker oxidation av substrat och kemisk korrosion.

Ämnesöversikt

1. Grundläggande principer och fördelar med CVD TaC-beläggning

CVD TAC -beläggning bildas genom att reagera och avsätta en tantalkälla (såsom TACL5) med en kolkälla vid hög temperatur och har utmärkt hög temperaturmotstånd, korrosionsbeständighet och god vidhäftning. Dess täta och enhetliga beläggningsstruktur kan effektivt förhindra substratoxidation och kemisk korrosion.

2. Tekniska utmaningar med CVD TAC -beläggningsprocess

Även om CVD TAC -beläggning har många fördelar, finns det fortfarande tekniska utmaningar i sin produktionsprocess, såsom materiell renhetskontroll, processparameteroptimering och beläggning vidhäftning.

Del I: Nyckelrollen för CVD TaC-beläggning

● Hög temperaturmotstånd

TAC -smältpunkt och termokemisk stabilitet: TAC har en smältpunkt på mer än 3000 ℃, vilket gör den stabil vid extrema temperaturer, vilket är avgörande för SIC -enstaka kristalltillväxt.

Prestanda i extrema temperaturmiljöer under SiC-enkristalltillväxt**: Studier har visat att TaC-beläggning effektivt kan förhindra substratoxidation i högtemperaturmiljöer på 900-2300 ℃, och därigenom säkerställa kvaliteten på SiC-kristaller.

●  Korrosionsmotståndtan

TAC -beläggningens skyddande effekt på kemisk erosion i kiselkarbidreaktionsmiljöer: TAC kan effektivt blockera erosionen av reaktanter såsom Si och Sic₂ på underlaget, vilket förlänger livslängden för termiska fältmaterial.

● Konsistens och precisionskrav

Nödvändighet vid beläggningens enhetlighet och tjocklekskontroll: enhetlig beläggningstjocklek är avgörande för kristallkvaliteten, och eventuell ojämnhet kan leda till termisk spänningskoncentration och sprickbildning.

Tantalkarbid (TaC) beläggning på ett mikroskopiskt tvärsnitt

Del II: Huvudutmaningar med CVD TAC -beläggningsprocess

●  Materialkälla och renhetskontroll

Kostnads- och försörjningskedjan för tantalråmaterial med hög renhet: Priset på tantalråvaror varierar kraftigt och tillgången är instabil, vilket påverkar produktionskostnaden.

Hur spårföroreningar i materialet påverkar beläggningsprestanda: föroreningar kan orsaka att beläggningsprestanda försämras och därigenom påverkar kvaliteten på SIC -kristaller.

● Processparameteroptimering

Exakt kontroll av beläggningstemperatur, tryck och gasflöde: Dessa parametrar har en direkt inverkan på beläggningskvaliteten och måste finregleras för att säkerställa bästa avsättningseffekt.

Hur man undviker beläggningsfel på underlag med stora områden: defekter är benägna att inträffa under deponering av stor yta, och nya tekniska medel måste utvecklas för att övervaka och justera avsättningsprocessen.

● Beläggning vidhäftning

Svårigheter för att optimera vidhäftningsprestanda mellan TAC -beläggning och underlag: Skillnader i termiska expansionskoefficienter mellan olika material kan leda till debindning, och förbättringar i lim eller avsättningsprocesser behövs för att förbättra vidhäftningen.

Potentiella risker och motåtgärder med beläggningsavbindning: Avbindning kan leda till produktionsförluster, så det är nödvändigt att utveckla nya lim eller använda kompositmaterial för att förbättra bindningsstyrkan.

●  Utrustningsunderhåll och processstabilitet

Komplexiteten och underhållskostnaden för CVD -processutrustning: Utrustningen är dyr och svår att underhålla, vilket ökar den totala produktionskostnaden.

Konsistensproblem vid långvarig processdrift: Långvarig drift kan orsaka prestandafluktuationer och utrustningen måste kalibreras regelbundet för att säkerställa konsekvens.

●  Miljöskydd och kostnadskontroll

Behandling av biprodukter (såsom klorider) under beläggningen: Avfallsgasen måste behandlas effektivt för att uppfylla miljöskyddsstandarder, vilket ökar produktionskostnaderna.

Hur man balanserar högpresterande och ekonomiska fördelar: Att minska produktionskostnaderna samtidigt som man säkerställer att beläggningskvaliteten är en viktig utmaning för branschen.

Del III: Branschlösningar och gränsforskning

●  Ny processoptimeringsteknik

Använd avancerade CVD-kontrollalgoritmer för att uppnå högre precision: Genom algoritmoptimering kan avsättningshastigheten och enhetligheten förbättras, och därigenom förbättra produktionseffektiviteten.

Introduktion av nya gasformler eller tillsatser för att förbättra beläggningens prestanda: Studier har visat att tillsats av specifika gaser kan förbättra beläggningens vidhäftning och antioxidantegenskaper.

● Genombrott i materiell forskning och utveckling

Förbättring av TAC -prestanda genom nanostrukturerad beläggningsteknik: nanostrukturer kan förbättra hårdheten och slitmotståndet hos TAC -beläggningar och därmed förbättra deras prestanda under extrema förhållanden.

Syntetiska alternativa beläggningsmaterial (såsom sammansatt keramik): Nya sammansatta material kan ge bättre prestanda och minska produktionskostnaderna.

●  Automation och digitala fabriker

Processövervakning med hjälp av artificiell intelligens och sensorteknik: Realtidsövervakning kan justera processparametrar i tid och förbättra produktionseffektiviteten.

Förbättra produktionseffektiviteten samtidigt som kostnaderna minskar: Automationstekniken kan minska manuell intervention och förbättra den totala produktionseffektiviteten.