Påføring av TaC-belagte grafittdeler i enkeltkrystallovner

Anvendelse avTAC-belagte grafittdeleri enkeltkrystallovner

DEL/1

I veksten av SIC og ALN enkeltkrystaller ved bruk av metoden for fysisk damptransport (PVT), spiller avgjørende komponenter som Crucible, frøholder og guide ring en viktig rolle. Som avbildet i figur 2 [1], under PVT -prosessen, er frøkrystallen plassert i det nedre temperaturområdet, mens SIC -råstoffet er utsatt for høyere temperaturer (over 2400 ℃). Dette fører til nedbrytning av råstoffet, og produserer sekscyforbindelser (først og fremst inkludert Si, Sic₂, Si₂c, etc.). Dampfasematerialet blir deretter transportert fra høye temperaturområdet til frøkrystallen i lavtemperaturområdet, noe som resulterer i dannelse av frøkjerner, krystallvekst og generering av enkeltkrystaller. Derfor trenger de termiske feltmaterialene som ble brukt i denne prosessen, for eksempel digel, strømningsveiledning og frø krystallholder, å utvise høye temperaturmotstand uten å forurense SIC-råvarer og enkeltkrystaller. Tilsvarende må varmeelementene som brukes i ALN -krystallvekst tåle Al -damp og N₂ -korrosjon, samtidig som de har en høy eutektisk temperatur (med ALN) for å redusere krystallforberedelsestiden.

Det har blitt observert at bruk av TaC-belagte grafitt termiske feltmaterialer for fremstilling av SiC [2-5] og AlN [2-3] resulterer i renere produkter med minimalt med karbon (oksygen, nitrogen) og andre urenheter. Disse materialene viser færre kantdefekter og lavere resistivitet i hver region. I tillegg reduseres tettheten til mikroporer og etsegroper (etter KOH-etsing) betydelig, noe som fører til en betydelig forbedring i krystallkvaliteten. Videre demonstrerer TaC-digelen nesten null vekttap, opprettholder et ikke-destruktivt utseende og kan resirkuleres (med en levetid på opptil 200 timer), og forbedrer dermed bærekraften og effektiviteten til enkeltkrystallfremstillingsprosesser.

Fig. 2. (a) Skjematisk diagram over SiC enkeltkrystallinnvekstanordning ved PVT -metode

(b) Topp TaC-belagt frøbrakett (inkludert SiC-frø)

(c) TAC-belagt grafittguide ring

Mocvd gan epitaxial lag vekstvarmer

Del/2

Innen MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) GaN-vekst, en avgjørende teknikk for dampepitaksial vekst av tynne filmer gjennom organometalliske dekomponeringsreaksjoner, spiller varmeren en viktig rolle for å oppnå presis temperaturkontroll og jevnhet i reaksjonskammeret. Som illustrert i figur 3 (a), regnes varmeren som kjernekomponenten i MOCVD-utstyr. Dens evne til å raskt og jevnt varme opp underlaget over lengre perioder (inkludert gjentatte kjølesykluser), motstå høye temperaturer (motstå gasskorrosjon) og opprettholde filmrenheten påvirker direkte kvaliteten på filmavsetningen, tykkelseskonsistensen og sponytelsen.

For å forbedre ytelsen og resirkuleringseffektiviteten til varmeovner i MOCVD GaN-vekstsystemer, har introduksjonen av TaC-belagte grafittvarmere vært vellykket. I motsetning til konvensjonelle varmeovner som bruker pBN (pyrolytisk bornitrid)-belegg, viser GaN epitaksiale lag dyrket ved bruk av TaC-varmere nesten identiske krystallstrukturer, jevn tykkelse, dannelse av indre defekter, urenhetsdoping og forurensningsnivåer. Dessuten demonstrerer TaC-belegget lav resistivitet og lav overflateemissivitet, noe som resulterer i forbedret varmeeffektivitet og jevnhet, og reduserer dermed strømforbruket og varmetapet. Ved å kontrollere prosessparametrene kan porøsiteten til belegget justeres for ytterligere å forbedre varmerens strålingsegenskaper og forlenge levetiden [5]. Disse fordelene etablerer TaC-belagte grafittvarmere som et utmerket valg for MOCVD GaN-vekstsystemer.

Fig. 3. (a) Skjematisk diagram over MOCVD -enheter for GaN -epitaksial vekst

(b) Støpt TAC-belagt grafittvarmer installert i MOCVD-oppsett, unntatt base og brakett (illustrasjon som viser base og brakett i oppvarming)

(c) TAC-belagt grafittvarmer etter 17 GaN epitaksial vekst. 

Belagt sensekter for Epitaxy (Wafer Carrier)

Del/3

Waferbæreren, en avgjørende strukturell komponent som brukes i fremstillingen av tredjeklasses halvlederskiver som SiC, AlN og GaN, spiller en viktig rolle i epitaksiale wafervekstprosesser. Vanligvis laget av grafitt, er waferbæreren belagt med SiC for å motstå korrosjon fra prosessgasser innenfor et epitaksielt temperaturområde på 1100 til 1600 °C. Korrosjonsmotstanden til det beskyttende belegget påvirker levetiden til waferbæreren betydelig. Eksperimentelle resultater har vist at TaC viser en korrosjonshastighet som er omtrent 6 ganger langsommere enn SiC når den utsettes for høytemperaturammoniakk. I høytemperatur hydrogenmiljøer er korrosjonshastigheten til TaC enda mer enn 10 ganger langsommere enn SiC.

Eksperimentelle bevis har vist at brett belagt med TAC viser utmerket kompatibilitet i den blå lyset GaN MOCVD -prosessen uten å innføre urenheter. Med begrensede prosessjusteringer demonstrerer LED -er dyrket ved bruk av TAC -transportører sammenlignbar ytelse og ensartethet som de som er dyrket ved bruk av konvensjonelle SIC -bærere. Følgelig overgår levetiden til TAC-belagte wafer-transportører den av ikke-belagte og SIC-belagte grafittbærere.

Figur. Waferbrett etter bruk i GaN epitaksial dyrket MOCVD-enhet (Veeco P75). Den til venstre er belagt med TaC og den til høyre er belagt med SiC.

Forberedelsesmetode for vanligTAC -belagte grafittdeler

DEL/1

CVD (kjemisk dampavsetning) Metode:

Ved 900-2300 ℃, ved bruk av TACL5 og CNHM som tantal og karbonkilder, H₂ som reduserende atmosfære, ar₂as bærergass, reaksjonsavsetningsfilm. Det tilberedte belegget er kompakt, ensartet og høy renhet. Imidlertid er det noen problemer som komplisert prosess, dyre kostnader, vanskelig luftstrømkontroll og lav deponeringseffektivitet.

Del/2

Slurry sintringsmetode:

Oppslemmingen som inneholder karbonkilde, tantalkilde, dispergeringsmiddel og bindemiddel blir belagt på grafitten og sintret ved høy temperatur etter tørking. Det forberedte belegget vokser uten vanlig orientering, har lave kostnader og er egnet for storskala produksjon. Det gjenstår å utforske for å oppnå jevn og full belegg på stor grafitt, eliminere støttedefekter og forbedre beleggets bindekraft.

Del/3

Plasmasprøytemetode:

TAC-pulver smeltes av plasmabuen ved høy temperatur, forstøves i høye temperaturdråper med høyhastighetsstråle og sprayes på overflaten av grafittmateriale. Det er lett å danne oksydlag under ikke-vakuum, og energiforbruket er stort.

TaC-belagte grafittdeler må løses

DEL/1

Bindingskraft:

Den termiske ekspansjonskoeffisienten og andre fysiske egenskaper mellom TaC og karbonmaterialer er forskjellige, beleggets bindingsstyrke er lav, det er vanskelig å unngå sprekker, porer og termisk stress, og belegget er lett å skrelle av i den faktiske atmosfæren som inneholder råte og gjentatt heve- og avkjølingsprosess.

Del/2

Renhet:

TAC-belegg må være ultrahøy renhet for å unngå urenheter og forurensning under høye temperaturforhold, og de effektive innholdsstandardene og karakteriseringsstandardene for fritt karbon og iboende urenheter på overflaten og inne i fullt belegg må avtales.

Del/3

Stabilitet:

Høy temperaturmotstand og kjemisk atmosfæremotstand over 2300 ℃ er de viktigste indikatorene for å teste stabiliteten i belegget. Pinholes, sprekker, manglende hjørner og kornete grenser med enkelt orientering er enkle å få etsende gasser til å trenge gjennom og trenge inn i grafitten, noe som resulterer i beleggbeskyttelsessvikt.

DEL/4

Oksidasjonsmotstand:

TaC begynner å oksidere til Ta2O5 når det er over 500 ℃, og oksidasjonshastigheten øker kraftig med økningen i temperatur og oksygenkonsentrasjon. Overflateoksidasjonen starter fra korngrensene og små korn, og danner gradvis søylekrystaller og knuste krystaller, noe som resulterer i et stort antall hull og hull, og oksygeninfiltrasjonen intensiveres inntil belegget er strippet. Det resulterende oksidlaget har dårlig varmeledningsevne og en rekke farger i utseende.

DEL/5

Ensartethet og ruhet:

Ujevn fordeling av beleggoverflaten kan føre til lokal termisk stresskonsentrasjon, noe som øker risikoen for sprekker og spalting. I tillegg påvirker overflateuhet direkte samspillet mellom belegget og det ytre miljøet, og for høy ruhet fører lett til økt friksjon med skiven og ujevn termisk felt.

Del/6

Kornstørrelse:

Den ensartede kornstørrelsen hjelper stabiliteten til belegget. Hvis kornstørrelsen er liten, er bindingen ikke tett, og det er lett å oksyderes og korroderes, noe som resulterer i et stort antall sprekker og hull i kornkanten, noe som reduserer beskyttende ytelse av belegget. Hvis kornstørrelsen er for stor, er den relativt grovt, og belegget er lett å flasse av under termisk spenning.

Konklusjon og utsikter

Generelt,TAC -belagte grafittdelerI markedet har en enorm etterspørsel og et bredt spekter av applikasjonsutsikter, strømmenTAC -belagte grafittdelerProduksjon av mainstream er å stole på CVD TAC -komponenter. På grunn av de høye kostnadene for CVD TAC -produksjonsutstyr og begrenset deponeringseffektivitet, er tradisjonelle SIC -belagte grafittmaterialer ikke blitt fullstendig erstattet. Sintringsmetoden kan effektivt redusere kostnadene for råvarer, og kan tilpasse seg komplekse former av grafittdeler, for å imøtekomme behovene til mer forskjellige applikasjonsscenarier.