Toepassing van TAC-gecoate grafietonderdelen in enkele kristalovens

Toepassing vanTAC-gecoate grafietonderdelenin eenkristalovens

DEEL/1

In de groei van SIC- en ALN ​​-enkele kristallen met behulp van de Physical Vapor Transport (PVT) -methode, spelen cruciale componenten zoals de smeltkroes, zaadhouder en geleidingsring een cruciale rol. Zoals weergegeven in figuur 2 [1], wordt het zaadkristal tijdens het PVT -proces geplaatst in het onderste temperatuurgebied, terwijl de SIC -grondstof wordt blootgesteld aan hogere temperaturen (boven 2400 ℃). Dit leidt tot de ontleding van de grondstof, die sixcyverbindingen produceert (voornamelijk inclusief SI, SIC₂, SI₂C, enz.). Het dampfasemateriaal wordt vervolgens getransporteerd van het hoge temperatuurgebied naar het zaadkristal in het gebied met lage temperatuur, wat resulteert in de vorming van zaadkernen, kristalgroei en het genereren van enkele kristallen. Daarom moeten de in dit proces gebruikte thermische veldmaterialen, zoals de smeltkroes, stroomgeleiderring en zaadkristalhouder, weerstand aan hoge temperatuur vertonen zonder de SIC-grondstoffen en enkele kristallen te verontreinigen. Evenzo moeten de verwarmingselementen die worden gebruikt in de Aln -kristalgroei Aln -damp en N₂ -corrosie weerstaan, terwijl ze ook een hoge eutectische temperatuur (met ALN) bezitten om de kristalbereidingstijd te verminderen.

Er is waargenomen dat het gebruik van met TaC gecoate thermische veldmaterialen van grafiet voor de bereiding van SiC [2-5] en AlN [2-3] resulteert in schonere producten met minimale koolstof (zuurstof, stikstof) en andere onzuiverheden. Deze materialen vertonen minder randdefecten en een lagere soortelijke weerstand in elk gebied. Bovendien wordt de dichtheid van microporiën en etsputten (na KOH-etsen) aanzienlijk verminderd, wat leidt tot een aanzienlijke verbetering van de kristalkwaliteit. Bovendien vertoont de TaC-kroes bijna geen gewichtsverlies, behoudt hij een niet-destructief uiterlijk en kan hij worden gerecycled (met een levensduur van maximaal 200 uur), waardoor de duurzaamheid en efficiëntie van de bereidingsprocessen van één kristal worden verbeterd.

Fig. 2. (a) Schematisch diagram van sic single crystal ingot groeiende apparaat door Pvt -methode

(b) Top TAC gecoate zaadbeugel (inclusief SIC -zaad)

(c) TAC-gecoate grafietgeleiderring

MOCVD GaN epitaxiale laaggroeiverwarmer

Deel/2

Op het gebied van MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition) GaN-groei, een cruciale techniek voor damp-epitaxale groei van dunne films door middel van organometaalontledingsreacties, speelt de verwarmer een cruciale rol bij het bereiken van nauwkeurige temperatuurcontrole en uniformiteit binnen de reactiekamer. Zoals geïllustreerd in figuur 3 (a), wordt de verwarmer beschouwd als het kernonderdeel van MOCVD-apparatuur. Het vermogen om het substraat snel en gelijkmatig te verwarmen gedurende langere perioden (inclusief herhaalde koelcycli), hoge temperaturen te weerstaan ​​(gascorrosie te weerstaan) en de zuiverheid van de film te behouden, heeft een directe invloed op de kwaliteit van de filmafzetting, de dikteconsistentie en de chipprestaties.

Om de prestaties en recyclingefficiëntie van verwarmingselementen in MOCVD GaN-groeisystemen te verbeteren, is de introductie van TaC-gecoate grafietverwarmers succesvol geweest. In tegenstelling tot conventionele verwarmers die pBN-coatings (pyrolytisch boornitride) gebruiken, vertonen GaN epitaxiale lagen die zijn gegroeid met behulp van TaC-verwarmers vrijwel identieke kristalstructuren, dikte-uniformiteit, intrinsieke defectvorming, dotering van onzuiverheden en verontreinigingsniveaus. Bovendien vertoont de TaC-coating een lage soortelijke weerstand en een lage oppervlakte-emissiviteit, wat resulteert in een verbeterde efficiëntie en uniformiteit van de verwarming, waardoor het energieverbruik en het warmteverlies worden verminderd. Door de procesparameters te controleren kan de porositeit van de coating worden aangepast om de stralingseigenschappen van de verwarmer verder te verbeteren en de levensduur ervan te verlengen [5]. Deze voordelen maken van TaC-gecoate grafietverwarmers een uitstekende keuze voor MOCVD GaN-groeisystemen.

AFB. 3. (a) Schematisch diagram van MOCVD-apparaat voor GaN-epitaxiale groei

(b) Gegoten grafietverwarmer met TAC-coating geïnstalleerd in MOCVD-opstelling, exclusief basis en beugel (illustratie toont basis en beugel in verwarming)

(c) TAC-gecoate grafietverwarmer na epitaxiale groei van 17 GaN. 

Coated Susceptor voor epitaxy (wafer drager)

DEEL/3

De wafeldrager, een cruciale structurele component die wordt gebruikt bij de bereiding van halfgeleiderwafels van de derde klasse zoals SIC, ALN en GAN, speelt een cruciale rol in epitaxiale wafersgroeiprocessen. Typisch gemaakt van grafiet, is de wafeldrager gecoat met SiC om corrosie te weerstaan ​​uit procesgassen binnen een epitaxiaal temperatuurbereik van 1100 tot 1600 ° C. De corrosieweerstand van de beschermende coating heeft aanzienlijk invloed op de levensduur van de wafeldrager. Experimentele resultaten hebben aangetoond dat TAC een corrosiesnelheid vertoont die ongeveer 6 keer langzamer is dan SIC wanneer het wordt blootgesteld aan ammoniak op hoge temperatuur. In waterstofomgevingen op hoge temperatuur is de corrosiesnelheid van TAC zelfs meer dan 10 keer langzamer dan SIC.

Experimenteel bewijs heeft aangetoond dat met TaC gecoate trays uitstekende compatibiliteit vertonen in het blauwlicht GaN MOCVD-proces zonder onzuiverheden te introduceren. Met beperkte procesaanpassingen vertonen LED's gekweekt met behulp van TaC-dragers vergelijkbare prestaties en uniformiteit als LED's gekweekt met conventionele SiC-dragers. Bijgevolg overtreft de levensduur van met TaC gecoate waferdragers die van ongecoate en met SiC gecoate grafietdragers.

Figuur. Waferlade na gebruik in GAN Epitaxial Gegroeid MOCVD -apparaat (Veeco P75). Degene aan de linkerkant is bedekt met TAC en die aan de rechterkant is bedekt met SIC.

Voorbereidingsmethode van gemeenschappelijkeTaC-gecoate grafietonderdelen

DEEL/1

CVD (chemische dampafzetting) methode:

Op 900-2300 ℃, met behulp van TACL5 en CNHM als tantalum en koolstofbronnen, H₂ als het verminderen van de atmosfeer, ar₂as dragergas, reactie van de reactieafzetting. De voorbereide coating is compacte, uniforme en hoge zuiverheid. Er zijn echter enkele problemen, zoals gecompliceerd proces, dure kosten, moeilijke luchtstroomcontrole en efficiëntie met een lage afzetting.

Deel/2

Slurry-sintermethode:

De slurry die koolstofbron, tantalumbron, dispergeermiddel en bindmiddel bevat, is bedekt met het grafiet en wordt na het drogen bij hoge temperatuur gesinterd. De voorbereide coating groeit zonder regelmatige oriëntatie, heeft lage kosten en is geschikt voor grootschalige productie. Het moet nog worden onderzocht om uniforme en volledige coating op groot grafiet te bereiken, ondersteuningsdefecten te elimineren en de coatingverbindingskracht te verbeteren.

DEEL/3

Plasmaspuitmethode:

TaC-poeder wordt bij hoge temperatuur gesmolten door een plasmaboog, door een hogesnelheidsstraal tot hoge temperatuurdruppeltjes verneveld en op het oppervlak van grafietmateriaal gespoten. Het is gemakkelijk om een ​​oxidelaag te vormen onder niet-vacuüm en het energieverbruik is groot.

TAC -gecoate grafietonderdelen moeten worden opgelost

DEEL/1

Bindkracht:

De thermische expansiecoëfficiënt en andere fysische eigenschappen tussen TAC- en koolstofmaterialen zijn verschillend, de coatingverbindingssterkte is laag, het is moeilijk om scheuren, poriën en thermische stress te voorkomen, en de coating is gemakkelijk af te pellen in de werkelijke atmosfeer die rot en rot en Herhaaldelijk stijgend en koelproces.

Deel/2

Zuiverheid:

TaC-coating moet ultrahoge zuiverheid hebben om onzuiverheden en vervuiling onder hoge temperatuuromstandigheden te voorkomen, en er moet overeenstemming worden bereikt over de effectieve inhoudsnormen en karakteriseringsnormen van vrije koolstof en intrinsieke onzuiverheden op het oppervlak en de binnenkant van de volledige coating.

DEEL/3

Stabiliteit:

Hoge temperatuurbestendigheid en chemische atmosfeerbestendigheid boven 2300℃ zijn de belangrijkste indicatoren om de stabiliteit van de coating te testen. Gaatjes, scheuren, ontbrekende hoeken en korrelgrenzen met één oriëntatie zorgen er gemakkelijk voor dat corrosieve gassen in het grafiet binnendringen en binnendringen, wat resulteert in falen van de coatingbescherming.

Deel/4

Oxidatieweerstand:

TaC begint te oxideren tot Ta2O5 wanneer het boven 500 ℃ is, en de oxidatiesnelheid neemt scherp toe met de toename van de temperatuur en de zuurstofconcentratie. De oppervlakteoxidatie begint vanaf de korrelgrenzen en kleine korrels en vormt geleidelijk kolomvormige kristallen en gebroken kristallen, resulterend in een groot aantal gaten en gaten, en de zuurstofinfiltratie wordt intenser totdat de coating wordt gestript. De resulterende oxidelaag heeft een slechte thermische geleidbaarheid en een verscheidenheid aan kleuren qua uiterlijk.

Deel/5

Uniformiteit en ruwheid:

Een ongelijkmatige verdeling van het coatingoppervlak kan leiden tot lokale thermische spanningsconcentraties, waardoor het risico op barsten en afbrokkelen toeneemt. Bovendien heeft de oppervlakteruwheid rechtstreeks invloed op de interactie tussen de coating en de externe omgeving, en een te hoge ruwheid leidt gemakkelijk tot verhoogde wrijving met de wafer en een ongelijkmatig thermisch veld.

Deel/6

Korrelgrootte:

De uniforme korrelgrootte helpt de stabiliteit van de coating. Als de korrelgrootte klein is, is de binding niet strak en is het gemakkelijk om te worden geoxideerd en gecorrodeerd, wat resulteert in een groot aantal scheuren en gaten in de korrelrand, wat de beschermende prestaties van de coating vermindert. Als de korrelgrootte te groot is, is deze relatief ruw en is de coating gemakkelijk af te vinken onder thermische stress.

Conclusie en vooruitzicht

In het algemeen,TaC-gecoate grafietonderdelenin de markt heeft een enorme vraag en een breed scala aan toepassingsmogelijkheden, de huidigeTaC-gecoate grafietonderdelenDe mainstream van de productie is om te vertrouwen op CVD TaC-componenten. Vanwege de hoge kosten van CVD TaC-productieapparatuur en de beperkte depositie-efficiëntie zijn traditionele met SiC gecoate grafietmaterialen echter niet volledig vervangen. De sintermethode kan de kosten van grondstoffen effectief verlagen en zich aanpassen aan complexe vormen van grafietonderdelen, om zo te voldoen aan de behoeften van meer verschillende toepassingsscenario's.