การใช้ชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TaC ในเตาหลอมคริสตัลเดี่ยว

การประยุกต์ใช้ของชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TaCในเตาคริสตัลเดี่ยว

ส่วน/1

ในการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SIC และ ALN โดยใช้วิธีการขนส่งไอทางกายภาพ (PVT) ส่วนประกอบที่สำคัญเช่นเบ้าหลอมที่ยึดเมล็ดพันธุ์และวงแหวนแนะนำมีบทบาทสำคัญ ดังที่ปรากฎในรูปที่ 2 [1] ในระหว่างกระบวนการ PVT ผลึกเมล็ดจะอยู่ในตำแหน่งที่อุณหภูมิต่ำกว่าในขณะที่วัตถุดิบ SIC สัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขึ้น (สูงกว่า 2400 ℃) สิ่งนี้นำไปสู่การสลายตัวของวัตถุดิบผลิตสารประกอบหกซี่ (ส่วนใหญ่รวมถึง Si, sic₂, si₂c ฯลฯ ) จากนั้นวัสดุเฟสไอจะถูกขนส่งจากภูมิภาคอุณหภูมิสูงไปยังผลึกเมล็ดในภูมิภาคอุณหภูมิต่ำส่งผลให้เกิดการก่อตัวของนิวเคลียสเมล็ดการเจริญเติบโตของคริสตัลและการสร้างผลึกเดี่ยว ดังนั้นวัสดุภาคสนามความร้อนที่ใช้ในกระบวนการนี้เช่นเบ้าหลอมวงแหวนคู่มือการไหลและที่ยึดผลึกเมล็ดจำเป็นต้องแสดงความต้านทานอุณหภูมิสูงโดยไม่ต้องปนเปื้อนวัตถุดิบ SIC และผลึกเดี่ยว ในทำนองเดียวกันองค์ประกอบความร้อนที่ใช้ในการเจริญเติบโตของคริสตัล ALN จะต้องทนต่อไออัลและการกัดกร่อนของN₂ในขณะที่ยังมีอุณหภูมิยูเทคติกสูง (พร้อม ALN) เพื่อลดเวลาในการเตรียมคริสตัล

มีการสังเกตพบว่าการใช้วัสดุสนามความร้อนด้วยกราไฟท์เคลือบ TaC ในการเตรียม SiC [2-5] และ AlN [2-3] ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์สะอาดขึ้นโดยมีคาร์บอนน้อยที่สุด (ออกซิเจน ไนโตรเจน) และมีสิ่งเจือปนอื่นๆ วัสดุเหล่านี้มีข้อบกพร่องที่ขอบน้อยลงและมีความต้านทานต่ำในแต่ละภูมิภาค นอกจากนี้ ความหนาแน่นของไมโครรูขุมขนและหลุมกัดกร่อน (หลังการกัดด้วย KOH) จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งนำไปสู่การปรับปรุงคุณภาพคริสตัลอย่างมาก นอกจากนี้ ถ้วยใส่ตัวอย่าง TaC ยังลดน้ำหนักได้เกือบเป็นศูนย์ รักษารูปลักษณ์ที่ไม่ทำลาย และสามารถรีไซเคิลได้ (โดยมีอายุการใช้งานสูงสุด 200 ชั่วโมง) ซึ่งช่วยเพิ่มความยั่งยืนและประสิทธิภาพของกระบวนการเตรียมผลึกเดี่ยว

มะเดื่อ. 2. (a) แผนผังของอุปกรณ์ปลูกลิ่มผลึกเดี่ยว SiC โดยวิธี PVT

(b) วงเล็บเมล็ดเคลือบ TAC ด้านบน (รวมถึงเมล็ด SIC)

(c) แหวนคู่มือกราไฟท์เคลือบ TAC

MOCVD GaN เครื่องทำความร้อนเพื่อการเจริญเติบโตของชั้น Epitaxial

ส่วน/2

ในด้านของ MOCVD (การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์) การเจริญเติบโตของ GAN ซึ่งเป็นเทคนิคที่สำคัญสำหรับการเจริญเติบโตของไอ epitaxial ของฟิล์มบาง ๆ ผ่านปฏิกิริยาการสลายตัวของออร์แกโนเมทัลลิกฮีตเตอร์มีบทบาทสำคัญในการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำและความสม่ำเสมอภายในห้องปฏิกิริยา ดังที่แสดงในรูปที่ 3 (a) ฮีตเตอร์ถือเป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์ MOCVD ความสามารถในการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอในระยะเวลานาน (รวมถึงวัฏจักรการระบายความร้อนซ้ำ ๆ ) ทนต่ออุณหภูมิสูง (ต่อต้านการกัดกร่อนของก๊าซ) และรักษาความบริสุทธิ์ของฟิล์มส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพของการสะสมของฟิล์มความหนาที่สอดคล้องกันและประสิทธิภาพของชิป

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการรีไซเคิลของเครื่องทำความร้อนในระบบการเจริญเติบโตของ MOCVD GAN การแนะนำเครื่องทำความร้อนกราไฟท์ที่เคลือบด้วย TAC นั้นประสบความสำเร็จ ตรงกันข้ามกับเครื่องทำความร้อนทั่วไปที่ใช้การเคลือบ PBN (pyrolytic boron nitride), ชั้น epitaxial Gan ที่ปลูกโดยใช้เครื่องทำความร้อน TAC แสดงโครงสร้างผลึกที่เหมือนกันเกือบเหมือนกันความหนาสม่ำเสมอการก่อตัวของข้อบกพร่องภายใน ยิ่งไปกว่านั้นการเคลือบ TAC แสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่ำและการแผ่รังสีพื้นผิวต่ำส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนดีขึ้นและความสม่ำเสมอซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานและการสูญเสียความร้อน โดยการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการความพรุนของการเคลือบสามารถปรับได้เพื่อเพิ่มลักษณะการแผ่รังสีของฮีตเตอร์และยืดอายุการใช้งาน [5] ข้อดีเหล่านี้สร้างเครื่องทำความร้อนกราไฟท์ที่เคลือบด้วย TAC เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับระบบการเจริญเติบโตของ MOCVD GAN

มะเดื่อ. 3. (a) แผนผังของอุปกรณ์ MOCVD สำหรับการเจริญเติบโตของ epitaxial GaN

(b) เครื่องทำความร้อนกราไฟท์เคลือบ TAC ที่ติดตั้งในการตั้งค่า MOCVD ไม่รวมฐานและตัวยึด (ภาพประกอบแสดงฐานและตัวยึดในการให้ความร้อน)

(c) ฮีตเตอร์กราไฟท์เคลือบ TAC หลังจากการเติบโตของ Epitaxial 17 GaN 

เคลือบ Susceptor สำหรับ Epitaxy (ตัวพาเวเฟอร์)

ส่วน/3

ผู้ให้บริการเวเฟอร์ซึ่งเป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่สำคัญที่ใช้ในการเตรียมเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ระดับสามเช่น SIC, ALN และ GAN มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเติบโตของเวเฟอร์ epitaxial โดยทั่วไปแล้วทำจากกราไฟท์ผู้ให้บริการเวเฟอร์จะถูกเคลือบด้วย SIC เพื่อต้านทานการกัดกร่อนจากก๊าซกระบวนการภายในช่วงอุณหภูมิ epitaxial ที่ 1100 ถึง 1600 ° C ความต้านทานการกัดกร่อนของการเคลือบป้องกันอย่างมีนัยสำคัญส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของผู้ให้บริการเวเฟอร์อย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า TAC แสดงอัตราการกัดกร่อนช้ากว่า SIC ประมาณ 6 เท่าเมื่อสัมผัสกับแอมโมเนียอุณหภูมิสูง ในสภาพแวดล้อมของไฮโดรเจนอุณหภูมิสูงอัตราการกัดกร่อนของ TAC นั้นช้ากว่า SIC มากกว่า 10 เท่า

หลักฐานการทดลองแสดงให้เห็นว่าถาดที่เคลือบด้วย TAC แสดงความเข้ากันได้ที่ยอดเยี่ยมในกระบวนการแสงสีน้ำเงิน GAN MOCVD โดยไม่ต้องแนะนำสิ่งสกปรก ด้วยการปรับกระบวนการที่ จำกัด LED ที่ปลูกโดยใช้ผู้ให้บริการ TAC แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เปรียบเทียบได้และความสม่ำเสมอกับผู้ที่ปลูกโดยใช้ผู้ให้บริการ SIC ทั่วไป ดังนั้นอายุการใช้งานของผู้ให้บริการเวเฟอร์ที่เคลือบด้วย TAC นั้นเกินกว่าผู้ให้บริการกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SIC

รูป. ถาดเวเฟอร์หลังการใช้งานในอุปกรณ์ MOCVD ที่โตขึ้นของ Gan epitaxial (VEECO P75) หนึ่งทางด้านซ้ายถูกเคลือบด้วย TAC และหนึ่งทางด้านขวาถูกเคลือบด้วย SIC

วิธีการเตรียมทั่วไปชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TAC

ส่วน/1

วิธีการ CVD (การสะสมไอสารเคมี):

ที่ 900-2300 ℃โดยใช้ TACL5 และ CNHM เป็นแหล่งแทนทาลัมและคาร์บอน, H₂เป็นบรรยากาศลดAR₂ASAR₂AS GAS, ฟิล์มสะสมปฏิกิริยา การเคลือบที่เตรียมไว้นั้นมีขนาดกะทัดรัดสม่ำเสมอและมีความบริสุทธิ์สูง อย่างไรก็ตามมีปัญหาบางอย่างเช่นกระบวนการที่ซับซ้อนราคาแพงการควบคุมการไหลของอากาศที่ยากและประสิทธิภาพการสะสมต่ำ

ส่วน/2

วิธีการเผาสารละลาย:

สารละลายที่ประกอบด้วยแหล่งคาร์บอน แหล่งแทนทาลัม สารช่วยกระจายตัว และสารยึดเกาะจะถูกเคลือบบนกราไฟท์และเผาที่อุณหภูมิสูงหลังการอบแห้ง สารเคลือบที่เตรียมไว้จะเติบโตโดยไม่มีการวางแนวสม่ำเสมอ มีต้นทุนต่ำ และเหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ ยังคงมีการสำรวจเพื่อให้ได้การเคลือบกราไฟท์ขนาดใหญ่ที่สม่ำเสมอและเต็มรูปแบบ กำจัดข้อบกพร่องด้านการสนับสนุนและเพิ่มแรงยึดเกาะของการเคลือบ

ส่วน/3

วิธีการฉีดพ่นพลาสม่า:

ผง TAC ถูกละลายโดยส่วนโค้งพลาสมาที่อุณหภูมิสูงอะตอมลงในหยดอุณหภูมิสูงโดยเจ็ทความเร็วสูงและพ่นลงบนพื้นผิวของวัสดุกราไฟท์ เป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างชั้นออกไซด์ภายใต้ vacuum และการใช้พลังงานมีขนาดใหญ่

ชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TAC จำเป็นต้องได้รับการแก้ไข

ส่วน/1

แรงยึดเกาะ:

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ ระหว่างวัสดุ TAC และวัสดุคาร์บอนมีความแตกต่างกันความแข็งแรงของพันธะเคลือบต่ำมันเป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงรอยแตกรูขุมขนและความเครียดจากความร้อน กระบวนการเพิ่มขึ้นซ้ำ ๆ และการระบายความร้อน

ส่วน/2

ความบริสุทธิ์:

การเคลือบ TAC จะต้องมีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งสกปรกและมลพิษภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและมาตรฐานเนื้อหาที่มีประสิทธิภาพและมาตรฐานการจำแนกของคาร์บอนฟรีและสิ่งสกปรกที่แท้จริงบนพื้นผิวและภายในการเคลือบเต็มรูปแบบจะต้องตกลงกัน

ส่วน/3

ความมั่นคง:

ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อบรรยากาศทางเคมีที่สูงกว่า 2300 ℃เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดในการทดสอบความเสถียรของสารเคลือบ รูเข็ม รอยแตก มุมที่หายไป และขอบเขตของเกรนในทิศทางเดียวทำให้ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเจาะและทะลุเข้าไปในกราไฟต์ได้ง่าย ส่งผลให้การป้องกันการเคลือบล้มเหลว

ส่วน/4

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน:

TAC เริ่มออกซิไดซ์เป็น TA2O5 เมื่อสูงกว่า 500 ℃และอัตราการเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความเข้มข้นของออกซิเจน การเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวเริ่มต้นจากขอบเขตของเมล็ดและธัญพืชขนาดเล็กและค่อยๆก่อตัวเป็นคริสตัลเสาและผลึกแตกส่งผลให้มีช่องว่างและรูจำนวนมากและการแทรกซึมของออกซิเจนจะทวีความรุนแรงมากขึ้นจนกว่าการเคลือบจะถูกถอดออก ชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นมีค่าการนำความร้อนที่ไม่ดีและมีสีที่หลากหลาย

ส่วน/5

ความสม่ำเสมอและความหยาบ:

การกระจายตัวของพื้นผิวเคลือบไม่สม่ำเสมออาจนำไปสู่ความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อนในท้องถิ่น เพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าวและการหลุดร่อน นอกจากนี้ ความหยาบของพื้นผิวส่งผลโดยตรงต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารเคลือบและสภาพแวดล้อมภายนอก และความหยาบสูงเกินไปทำให้เกิดแรงเสียดทานกับแผ่นเวเฟอร์และสนามความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอเพิ่มขึ้นได้ง่าย

ส่วน/6

ขนาดเกรน:

ขนาดเกรนที่สม่ำเสมอช่วยให้การเคลือบมีความคงตัว หากขนาดเกรนมีขนาดเล็ก พันธะจะไม่แน่น และง่ายต่อการออกซิไดซ์และสึกกร่อน ส่งผลให้เกิดรอยแตกและรูจำนวนมากที่ขอบเกรน ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการป้องกันของการเคลือบ หากขนาดเกรนใหญ่เกินไป มันจะค่อนข้างหยาบ และสารเคลือบหลุดลอกได้ง่ายภายใต้ความเครียดจากความร้อน

สรุปและโอกาส

โดยทั่วไปแล้วชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TACในตลาดมีความต้องการสูงและโอกาสการใช้งานที่หลากหลายในปัจจุบันชิ้นส่วนกราไฟท์เคลือบ TACกระแสหลักในการผลิตคือการพึ่งพาส่วนประกอบ CVD TaC อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุปกรณ์การผลิต CVD TaC มีราคาสูงและประสิทธิภาพการสะสมที่จำกัด วัสดุกราไฟท์เคลือบ SiC แบบดั้งเดิมจึงไม่ได้ถูกแทนที่ทั้งหมด วิธีการเผาผนึกสามารถลดต้นทุนวัตถุดิบได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถปรับให้เข้ากับรูปทรงที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนกราไฟท์ได้ เพื่อตอบสนองความต้องการของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันมากขึ้น