Penggunaan Bahagian Grafit Bersalut TaC dalam Relau Kristal Tunggal

PermohonanBahagian Grafit Bersalut TaCdalam Relau Kristal Tunggal

BAHAGIAN 1

Dalam pertumbuhan kristal tunggal SiC dan AlN menggunakan kaedah pengangkutan wap fizikal (PVT), komponen penting seperti mangkuk pijar, pemegang benih, dan cincin pemandu memainkan peranan penting. Seperti yang digambarkan dalam Rajah 2 [1], semasa proses PVT, kristal benih diletakkan di kawasan suhu yang lebih rendah, manakala bahan mentah SiC terdedah kepada suhu yang lebih tinggi (melebihi 2400 ℃). Ini membawa kepada penguraian bahan mentah, menghasilkan sebatian SiXCy (terutamanya termasuk Si, SiC₂, Si₂C, dll.). Bahan fasa wap kemudiannya diangkut dari kawasan suhu tinggi ke kristal benih di kawasan suhu rendah, mengakibatkan pembentukan nukleus benih, pertumbuhan kristal, dan penjanaan kristal tunggal. Oleh itu, bahan medan haba yang digunakan dalam proses ini, seperti pijar, cincin panduan aliran, dan pemegang kristal benih, perlu mempamerkan rintangan suhu tinggi tanpa mencemarkan bahan mentah SiC dan kristal tunggal. Begitu juga, elemen pemanasan yang digunakan dalam pertumbuhan kristal AlN mesti menahan kakisan wap Al dan N₂, sementara juga mempunyai suhu eutektik yang tinggi (dengan AlN) untuk mengurangkan masa penyediaan kristal.

Telah diperhatikan bahawa penggunaan bahan medan haba grafit bersalut TaC untuk penyediaan SiC [2-5] dan AlN [2-3] menghasilkan produk yang lebih bersih dengan karbon minimum (oksigen, nitrogen), dan kekotoran lain. Bahan-bahan ini menunjukkan lebih sedikit kecacatan tepi dan kerintangan yang lebih rendah di setiap rantau. Selain itu, ketumpatan liang mikro dan lubang goresan (selepas goresan KOH) dikurangkan dengan ketara, membawa kepada peningkatan yang ketara dalam kualiti kristal. Tambahan pula, pijar TaC menunjukkan penurunan berat yang hampir sifar, mengekalkan rupa yang tidak merosakkan, dan boleh dikitar semula (dengan jangka hayat sehingga 200 jam), sekali gus meningkatkan kemampanan dan kecekapan proses penyediaan kristal tunggal.

Gbr. 2. (a) Gambarajah skematik peranti tumbuh jongkong kristal tunggal SiC melalui kaedah PVT

(b) Pendakap benih bersalut TaC atas (termasuk benih SiC)

(c) Cincin panduan grafit bersalut TAC

Pemanas Pertumbuhan Lapisan Epitaxial MOCVD GaN

BAHAGIAN 2

Dalam bidang pertumbuhan GaN MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), teknik penting untuk pertumbuhan epitaxial wap filem nipis melalui tindak balas penguraian organologam, pemanas memainkan peranan penting dalam mencapai kawalan suhu dan keseragaman yang tepat dalam ruang tindak balas. Seperti yang digambarkan dalam Rajah 3 (a), pemanas dianggap sebagai komponen teras peralatan MOCVD. Keupayaannya untuk memanaskan substrat dengan pantas dan seragam dalam tempoh yang lama (termasuk kitaran penyejukan berulang), menahan suhu tinggi (menentang kakisan gas), dan mengekalkan ketulenan filem secara langsung memberi kesan kepada kualiti pemendapan filem, ketekalan ketebalan dan prestasi cip.

Untuk meningkatkan prestasi dan kecekapan kitar semula pemanas dalam sistem pertumbuhan MOCVD GaN, pengenalan pemanas grafit bersalut TaC telah berjaya. Berbeza dengan pemanas konvensional yang menggunakan salutan pBN (pirolitik boron nitrida), lapisan epitaxial GaN yang ditanam menggunakan pemanas TaC mempamerkan struktur kristal yang hampir sama, keseragaman ketebalan, pembentukan kecacatan intrinsik, doping kekotoran dan tahap pencemaran. Selain itu, salutan TaC menunjukkan kerintangan yang rendah dan emisitiviti permukaan yang rendah, menghasilkan kecekapan dan keseragaman pemanas yang lebih baik, sekali gus mengurangkan penggunaan kuasa dan kehilangan haba. Dengan mengawal parameter proses, keliangan salutan boleh diselaraskan untuk meningkatkan lagi ciri sinaran pemanas dan memanjangkan jangka hayatnya [5]. Kelebihan ini menjadikan pemanas grafit bersalut TaC sebagai pilihan terbaik untuk sistem pertumbuhan MOCVD GaN.

Gbr. 3. (a) Gambarajah skematik peranti MOCVD untuk pertumbuhan epitaxial GaN

(b) Pemanas grafit bersalut TAC acuan dipasang dalam persediaan MOCVD, tidak termasuk tapak dan pendakap (ilustrasi menunjukkan tapak dan pendakap dalam pemanasan)

(c) Pemanas grafit bersalut TAC selepas 17 pertumbuhan epitaxial GaN. 

Susceptor Bersalut untuk Epitaksi (Pembawa Wafer)

BAHAGIAN/3

Pembawa wafer, komponen struktur penting yang digunakan dalam penyediaan wafer semikonduktor kelas ketiga seperti SiC, AlN, dan GaN, memainkan peranan penting dalam proses pertumbuhan wafer epitaxial. Biasanya diperbuat daripada grafit, pembawa wafer disalut dengan SiC untuk menahan kakisan daripada gas proses dalam julat suhu epitaxial 1100 hingga 1600 °C. Rintangan kakisan salutan pelindung memberi kesan ketara kepada jangka hayat pembawa wafer. Keputusan eksperimen telah menunjukkan bahawa TaC mempamerkan kadar kakisan kira-kira 6 kali lebih perlahan daripada SiC apabila terdedah kepada ammonia suhu tinggi. Dalam persekitaran hidrogen suhu tinggi, kadar kakisan TaC adalah lebih daripada 10 kali lebih perlahan daripada SiC.

Bukti eksperimen telah menunjukkan bahawa dulang yang disalut dengan TaC mempamerkan keserasian yang sangat baik dalam proses GaN MOCVD cahaya biru tanpa memasukkan kekotoran. Dengan pelarasan proses yang terhad, LED yang ditanam menggunakan pembawa TaC menunjukkan prestasi dan keseragaman yang setanding dengan yang ditanam menggunakan pembawa SiC konvensional. Akibatnya, hayat perkhidmatan pembawa wafer bersalut TaC melebihi pembawa grafit tidak bersalut dan bersalut SiC.

Rajah. Dulang wafer selepas digunakan dalam peranti MOCVD tumbuh epitaxial GaN (Veeco P75). Yang di sebelah kiri disalut dengan TaC dan yang di sebelah kanan disalut dengan SiC.

Kaedah penyediaan biasaBahagian grafit bersalut TaC

BAHAGIAN 1

Kaedah CVD (Pemendapan Wap Kimia):

Pada 900-2300 ℃, menggunakan TaCl5 dan CnHm sebagai sumber tantalum dan karbon, H₂ sebagai atmosfera pengurangan, gas pembawa Ar₂as, filem pemendapan tindak balas. Salutan yang disediakan adalah padat, seragam dan ketulenan tinggi. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa masalah seperti proses yang rumit, kos yang mahal, kawalan aliran udara yang sukar dan kecekapan pemendapan yang rendah.

BAHAGIAN 2

Kaedah pensinteran buburan:

Buburan yang mengandungi sumber karbon, sumber tantalum, dispersan dan pengikat disalut pada grafit dan disinter pada suhu tinggi selepas pengeringan. Salutan yang disediakan tumbuh tanpa orientasi biasa, mempunyai kos rendah dan sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Ia masih perlu diterokai untuk mencapai salutan seragam dan penuh pada grafit besar, menghapuskan kecacatan sokongan dan meningkatkan daya ikatan salutan.

BAHAGIAN/3

Kaedah penyemburan plasma:

Serbuk TaC dicairkan oleh arka plasma pada suhu tinggi, diatomkan menjadi titisan suhu tinggi dengan jet berkelajuan tinggi, dan disembur ke permukaan bahan grafit. Ia mudah untuk membentuk lapisan oksida di bawah bukan vakum, dan penggunaan tenaga adalah besar.

Bahagian grafit bersalut TaC perlu diselesaikan

BAHAGIAN 1

Daya pengikat:

Pekali pengembangan haba dan sifat fizikal lain antara TaC dan bahan karbon adalah berbeza, kekuatan ikatan salutan adalah rendah, sukar untuk mengelakkan keretakan, liang dan tekanan terma, dan salutan mudah terkelupas dalam suasana sebenar yang mengandungi reput dan proses kenaikan dan penyejukan berulang.

BAHAGIAN 2

Kesucian:

Salutan TaC perlu ketulenan ultra tinggi untuk mengelakkan kekotoran dan pencemaran di bawah keadaan suhu tinggi, dan piawaian kandungan berkesan dan piawaian pencirian karbon bebas dan kekotoran intrinsik pada permukaan dan bahagian dalam salutan penuh perlu dipersetujui.

BAHAGIAN/3

Kestabilan:

Rintangan suhu tinggi dan rintangan atmosfera kimia melebihi 2300 ℃ adalah petunjuk paling penting untuk menguji kestabilan salutan. Lubang jarum, retak, sudut yang hilang, dan sempadan butiran orientasi tunggal mudah menyebabkan gas menghakis menembusi dan menembusi ke dalam grafit, mengakibatkan kegagalan perlindungan salutan.

BAHAGIAN/4

Rintangan pengoksidaan:

TaC mula mengoksidakan kepada Ta2O5 apabila ia melebihi 500 ℃, dan kadar pengoksidaan meningkat secara mendadak dengan peningkatan suhu dan kepekatan oksigen. Pengoksidaan permukaan bermula dari sempadan bijian dan butiran kecil, dan secara beransur-ansur membentuk kristal kolumnar dan kristal pecah, mengakibatkan sejumlah besar jurang dan lubang, dan penyusupan oksigen meningkat sehingga salutan dilucutkan. Lapisan oksida yang terhasil mempunyai kekonduksian terma yang lemah dan pelbagai warna dalam rupa.

BAHAGIAN/5

Keseragaman dan kekasaran:

Pengagihan permukaan salutan yang tidak sekata boleh menyebabkan kepekatan tegasan haba tempatan, meningkatkan risiko keretakan dan spalling. Di samping itu, kekasaran permukaan secara langsung menjejaskan interaksi antara salutan dan persekitaran luaran, dan kekasaran yang terlalu tinggi dengan mudah membawa kepada peningkatan geseran dengan wafer dan medan haba yang tidak sekata.

BAHAGIAN/6

Saiz bijirin:

Saiz butiran seragam membantu kestabilan salutan. Sekiranya saiz bijian kecil, ikatannya tidak ketat, dan ia mudah teroksida dan terhakis, mengakibatkan sejumlah besar retak dan lubang di pinggir bijirin, yang mengurangkan prestasi perlindungan salutan. Jika saiz butiran terlalu besar, ia agak kasar, dan salutan mudah terkelupas di bawah tekanan haba.

Kesimpulan dan prospek

Secara umum,Bahagian grafit bersalut TaCdalam pasaran mempunyai permintaan yang besar dan pelbagai prospek permohonan, semasaBahagian grafit bersalut TaCarus perdana pembuatan adalah bergantung pada komponen CVD TaC. Walau bagaimanapun, disebabkan kos peralatan pengeluaran CVD TaC yang tinggi dan kecekapan pemendapan yang terhad, bahan grafit bersalut SiC tradisional belum diganti sepenuhnya. Kaedah pensinteran boleh mengurangkan kos bahan mentah dengan berkesan, dan boleh menyesuaikan diri dengan bentuk bahagian grafit yang kompleks, untuk memenuhi keperluan senario aplikasi yang lebih berbeza.