Anvendelse af TaC-belagte grafitdele i enkeltkrystalovne

Anvendelse afTaC-coated grafit delei enkeltkrystalovne

DEL 1

I væksten af ​​SiC- og AlN-enkeltkrystaller ved hjælp af den fysiske damptransportmetode (PVT) spiller afgørende komponenter såsom diglen, frøholderen og guideringen en afgørende rolle. Som afbildet i figur 2 [1] er frøkrystallen under PVT-processen placeret i det lavere temperaturområde, mens SiC-råmaterialet udsættes for højere temperaturer (over 2400 ℃). Dette fører til nedbrydning af råmaterialet og producerer SiXCy-forbindelser (primært inklusive Si, SiC2, Si2C osv.). Dampfasematerialet transporteres derefter fra højtemperaturområdet til podekrystallen i lavtemperaturområdet, hvilket resulterer i dannelsen af ​​frøkerner, krystalvækst og dannelsen af ​​enkeltkrystaller. Derfor skal de termiske feltmaterialer, der anvendes i denne proces, såsom diglen, flowguideringen og frøkrystalholderen, udvise højtemperaturmodstand uden at forurene SiC-råmaterialerne og enkeltkrystallerne. Tilsvarende skal varmeelementerne, der anvendes i AlN-krystalvækst, modstå Al-damp og N2-korrosion, mens de også har en høj eutektisk temperatur (med AlN) for at reducere krystalfremstillingstiden.

Det er blevet observeret, at anvendelse af TaC-belagte grafit termiske feltmaterialer til fremstilling af SiC [2-5] og AlN [2-3] resulterer i renere produkter med minimalt kulstof (ilt, nitrogen) og andre urenheder. Disse materialer udviser færre kantfejl og lavere resistivitet i hver region. Derudover er tætheden af ​​mikroporer og ætsningshuller (efter KOH-ætsning) væsentligt reduceret, hvilket fører til en væsentlig forbedring af krystalkvaliteten. Ydermere demonstrerer TaC-digelen næsten nul vægttab, bevarer et ikke-destruktivt udseende og kan genbruges (med en levetid på op til 200 timer), hvilket forbedrer bæredygtigheden og effektiviteten af ​​enkeltkrystal-fremstillingsprocesser.

FIG. 2. (a) Skematisk diagram af SiC-enkeltkrystallingot-dyrkningsanordning ved PVT-metode

(b) Top TaC-belagt frøbeslag (inklusive SiC-frø)

(c) TAC-belagt grafitstyrering

MOCVD GaN Epitaxial Layer Growth Heater

DEL 2

Inden for MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition) GaN-vækst, en afgørende teknik til dampepitaksial vækst af tynde film gennem organometalliske nedbrydningsreaktioner, spiller varmeren en afgørende rolle for at opnå præcis temperaturkontrol og ensartethed i reaktionskammeret. Som illustreret i figur 3 (a) betragtes varmelegemet som kernekomponenten i MOCVD-udstyr. Dets evne til hurtigt og ensartet at opvarme substratet over længere perioder (inklusive gentagne afkølingscyklusser), modstå høje temperaturer (modstand mod gaskorrosion) og opretholde filmens renhed påvirker direkte kvaliteten af ​​filmaflejring, tykkelseskonsistens og spånydelse.

For at forbedre ydeevnen og genbrugseffektiviteten af ​​varmeapparater i MOCVD GaN vækstsystemer, har introduktionen af ​​TaC-belagte grafitvarmere været vellykket. I modsætning til konventionelle varmeapparater, der anvender pBN-belægninger (pyrolytisk bornitrid), udviser GaN-epitaksiale lag dyrket ved hjælp af TaC-varmere næsten identiske krystalstrukturer, ensartet tykkelse, dannelse af iboende defekter, urenhedsdoping og kontamineringsniveauer. Desuden demonstrerer TaC-belægningen lav resistivitet og lav overfladeemissivitet, hvilket resulterer i forbedret varmeeffektivitet og ensartethed, hvilket reducerer strømforbruget og varmetabet. Ved at kontrollere procesparametrene kan belægningens porøsitet justeres for yderligere at forbedre varmelegemets strålingsegenskaber og forlænge dets levetid [5]. Disse fordele etablerer TaC-belagte grafitvarmere som et fremragende valg til MOCVD GaN vækstsystemer.

FIG. 3. (a) Skematisk diagram af MOCVD-enhed til GaN epitaksial vækst

(b) Støbt TAC-belagt grafitvarmer installeret i MOCVD-opsætning, eksklusive base og beslag (illustration, der viser base og beslag i opvarmning)

(c) TAC-belagt grafitvarmer efter 17 GaN epitaksial vækst. 

Coated Susceptor for Epitaksi (Wafer Carrier)

DEL/3

Wafer-bæreren, en afgørende strukturel komponent, der bruges til fremstilling af tredjeklasses halvlederwafere såsom SiC, AlN og GaN, spiller en afgørende rolle i epitaksiale wafer-vækstprocesser. Waferbæreren er typisk lavet af grafit og er belagt med SiC for at modstå korrosion fra procesgasser inden for et epitaksielt temperaturområde på 1100 til 1600 °C. Korrosionsbestandigheden af ​​den beskyttende belægning påvirker waferbærerens levetid betydeligt. Eksperimentelle resultater har vist, at TaC udviser en korrosionshastighed ca. 6 gange langsommere end SiC, når det udsættes for højtemperaturammoniak. I højtemperaturbrintmiljøer er korrosionshastigheden af ​​TaC endnu mere end 10 gange langsommere end SiC.

Eksperimentelle beviser har vist, at bakker belagt med TaC udviser fremragende kompatibilitet i GaN MOCVD-processen med blåt lys uden at indføre urenheder. Med begrænsede procesjusteringer viser LED'er dyrket ved hjælp af TaC-bærere sammenlignelig ydeevne og ensartethed med dem, der dyrkes ved hjælp af konventionelle SiC-bærere. Følgelig overgår levetiden for TaC-coatede waferbærere levetiden for ucoatede og SiC-coatede grafitbærere.

Figur. Waferbakke efter brug i GaN epitaksial dyrket MOCVD-enhed (Veeco P75). Den til venstre er belagt med TaC og den til højre er belagt med SiC.

Forberedelse metode af fællesTaC-belagte grafitdele

DEL 1

CVD (Chemical Vapor Deposition) metode:

Ved 900-2300 ℃, ved brug af TaCl5 og CnHm som tantal- og kulstofkilder, H₂ som reducerende atmosfære, Ar₂as-bæregas, reaktionsaflejringsfilm. Den forberedte belægning er kompakt, ensartet og høj renhed. Der er dog nogle problemer såsom kompliceret proces, dyre omkostninger, vanskelig luftstrømskontrol og lav deponeringseffektivitet.

DEL 2

Opslæmningssintringsmetode:

Opslæmningen indeholdende kulkilde, tantalkilde, dispergeringsmiddel og bindemiddel coates på grafitten og sintres ved høj temperatur efter tørring. Den forberedte belægning vokser uden regelmæssig orientering, har lave omkostninger og er velegnet til produktion i stor skala. Det mangler at blive udforsket for at opnå ensartet og fuld belægning på stor grafit, eliminere støttedefekter og forbedre belægningens bindekraft.

DEL/3

Plasma sprøjtemetode:

TaC-pulver smeltes ved plasmabue ved høj temperatur, forstøves til højtemperaturdråber med højhastighedsstråle og sprøjtes på overfladen af ​​grafitmateriale. Det er let at danne oxidlag under ikke-vakuum, og energiforbruget er stort.

TaC-belagte grafitdele skal løses

DEL 1

Bindende kraft:

Den termiske udvidelseskoefficient og andre fysiske egenskaber mellem TaC og kulstofmaterialer er forskellige, belægningens bindingsstyrke er lav, det er vanskeligt at undgå revner, porer og termisk stress, og belægningen er let at pille af i den aktuelle atmosfære, der indeholder råd og gentagen hæve- og afkølingsproces.

DEL 2

Renhed:

TaC-belægning skal være af ultrahøj renhed for at undgå urenheder og forurening under høje temperaturforhold, og de effektive indholdsstandarder og karakteriseringsstandarder for frit kulstof og iboende urenheder på overfladen og indersiden af ​​den fulde belægning skal aftales.

DEL/3

Stabilitet:

Høj temperaturbestandighed og kemisk atmosfæreresistens over 2300 ℃ er de vigtigste indikatorer for at teste belægningens stabilitet. Nålehuller, revner, manglende hjørner og enkeltorienterede korngrænser er nemme at få ætsende gasser til at trænge ind i og trænge ind i grafitten, hvilket resulterer i svigt af belægningsbeskyttelsen.

DEL/4

Oxidationsmodstand:

TaC begynder at oxidere til Ta2O5, når det er over 500 ℃, og oxidationshastigheden stiger kraftigt med stigningen i temperatur og iltkoncentration. Overfladeoxidationen starter fra korngrænserne og små korn og danner gradvist søjleformede krystaller og knækkede krystaller, hvilket resulterer i et stort antal huller og huller, og iltinfiltrationen intensiveres, indtil belægningen fjernes. Det resulterende oxidlag har dårlig termisk ledningsevne og en række farver i udseende.

DEL/5

Ensartethed og ruhed:

Ujævn fordeling af belægningsoverfladen kan føre til lokal termisk spændingskoncentration, hvilket øger risikoen for revner og afskalninger. Derudover påvirker overfladeruhed direkte samspillet mellem belægningen og det ydre miljø, og for høj ruhed fører let til øget friktion med waferen og ujævnt termisk felt.

DEL/6

Kornstørrelse:

Den ensartede kornstørrelse hjælper belægningens stabilitet. Hvis kornstørrelsen er lille, er bindingen ikke tæt, og den er let at blive oxideret og korroderet, hvilket resulterer i et stort antal revner og huller i kornkanten, hvilket reducerer belægningens beskyttende ydeevne. Hvis kornstørrelsen er for stor, er den relativt ru, og belægningen er let at flage af under termisk belastning.

Konklusion og udsigt

Generelt,TaC-belagte grafitdelepå markedet har en enorm efterspørgsel og en bred vifte af anvendelsesmuligheder, den nuværendeTaC-belagte grafitdeleproduktion mainstream er at stole på CVD TaC komponenter. Men på grund af de høje omkostninger ved CVD TaC-produktionsudstyr og begrænset afsætningseffektivitet er traditionelle SiC-belagte grafitmaterialer ikke blevet fuldstændig erstattet. Sintringsmetoden kan effektivt reducere omkostningerne til råmaterialer og kan tilpasse sig komplekse former af grafitdele for at imødekomme behovene i flere forskellige anvendelsesscenarier.