Aplikace grafitových dílů potažených TaC v monokrystalických pecích

Aplikace zTAC-potažené grafitové částiV jednokrystalové pece

ČÁST/1

V růstu monokrystalů SIC a ALN používají metodu fyzického transportu párů (PVT), zásadní roli hrají zásadní složky, jako je kelímky, držák semen a vodicí prsten. Jak je znázorněno na obrázku 2 [1], během procesu PVT je semen krystal umístěn v oblasti nižší teploty, zatímco surovina SIC je vystavena vyšším teplotám (nad 2400 ℃). To vede k rozkladu suroviny a produkuje šestičlenné sloučeniny (především včetně SI, SIC₂, Si₂c atd.). Materiál parní fáze je poté transportován z oblasti vysoké teploty do krystalu semen v nízkoteplotní oblasti, což má za následek tvorbu jader semen, růst krystalů a generování jednotlivých krystalů. Proto musí materiály tepelného pole používané v tomto procesu, jako je například kelímek, vodicí kroužek průtoku a držák krystalu semen, vykazovat vysokoteplotní odpor, aniž by kontaminoval suroviny SIC a jednotlivé krystaly. Podobně topné prvky používané v růstu ALN krystalů musí odolat al páře a n₂ korozi a zároveň mají také vysokou eutektickou teplotu (s ALN) ke zkrácení doby přípravy krystalu.

Bylo pozorováno, že použití materiálů z grafitového tepelného pole potažených TaC pro přípravu SiC [2-5] a AlN [2-3] vede k čistším produktům s minimálním obsahem uhlíku (kyslík, dusík) a dalších nečistot. Tyto materiály vykazují méně okrajových defektů a nižší měrný odpor v každé oblasti. Navíc je výrazně snížena hustota mikropórů a leptacích důlků (po leptání KOH), což vede k podstatnému zlepšení kvality krystalů. Kromě toho kelímek TaC vykazuje téměř nulovou ztrátu hmotnosti, zachovává si nedestruktivní vzhled a lze jej recyklovat (s životností až 200 hodin), čímž se zvyšuje udržitelnost a účinnost procesů přípravy monokrystalů.

Obr. 2. (a) Schematický diagram sic Single Crystal Ingot pěstování zařízení Pvt

(b) Horní konzola semen potažená TAC (včetně semene SIC)

(c) TAC-potahový grafitový průvodce

MOCVD GAN epitaxiální vrstva růst topení

ČÁST/2

V oblasti MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) růstu GaN, klíčové techniky pro parní epitaxní růst tenkých filmů prostřednictvím reakcí organokovového rozkladu, hraje ohřívač zásadní roli při dosahování přesné regulace teploty a rovnoměrnosti v reakční komoře. Jak je znázorněno na obrázku 3 (a), ohřívač je považován za hlavní součást zařízení MOCVD. Jeho schopnost rychle a stejnoměrně ohřívat substrát po delší dobu (včetně opakovaných cyklů chlazení), odolávat vysokým teplotám (odolávání plynové korozi) a udržovat čistotu filmu přímo ovlivňuje kvalitu nanášení filmu, konzistenci tloušťky a výkon třísek.

Pro zvýšení výkonu a recyklační účinnosti ohřívačů v růstových systémech MOCVD GaN bylo zavedení grafitových ohřívačů potažených TaC úspěšné. Na rozdíl od konvenčních ohřívačů, které využívají povlaky pBN (pyrolytický nitrid boru), epitaxní vrstvy GaN pěstované pomocí ohřívačů TaC vykazují téměř identické krystalové struktury, rovnoměrnost tloušťky, tvorbu vnitřních defektů, dopování nečistot a úrovně kontaminace. Navíc povlak TaC vykazuje nízký měrný odpor a nízkou povrchovou emisivitu, což má za následek zlepšenou účinnost ohřívače a rovnoměrnost, čímž se snižuje spotřeba energie a tepelné ztráty. Řízením parametrů procesu lze upravit poréznost povlaku, aby se dále zlepšily vyzařovací charakteristiky ohřívače a prodloužila se jeho životnost [5]. Tyto výhody staví grafitové ohřívače potažené TaC jako vynikající volbu pro růstové systémy MOCVD GaN.

Obr. 3. (a) Schematický diagram zařízení MOCVD pro růst GAN epitaxiální

(b) Lisovaný grafitový ohřívač potažený TAC nainstalovaný v nastavení MOCVD, kromě základny a držáku (ilustrace zobrazující základnu a držák v topení)

(c) Grafitový topení potažený TAC po 17 GAN epitaxiálním růstu. 

Potahovaný susceptor pro epitaxy (nosič oplatky)

Část/3

Nosič oplatky, klíčová strukturální složka používaná při přípravě polovodičových destiček třetí třídy, jako jsou SIC, ALN a GAN, hraje zásadní roli v procesech růstu epitaxiálních destiček. Obvykle je vyroben z grafitu, nosič oplatky je potažen SIC, aby odolával korozi z procesů procesů v epitaxiálním teplotním rozmezí 1100 až 1600 ° C. Odolnost proti korozi ochranného povlaku významně ovlivňuje životnost nosiče oplatky. Experimentální výsledky ukázaly, že TAC vykazuje míru koroze přibližně 6krát pomalejší než SIC, když je vystaven vysokoteplotnímu amoniaku. Ve vysokoteplotních vodíkových prostředích je míra koroze TAC ještě více než 10krát pomalejší než SIC.

Experimentální důkazy ukázaly, že podnosy potažené TaC vykazují vynikající kompatibilitu v procesu modrého světla GaN MOCVD bez vnášení nečistot. S omezenými úpravami procesu vykazují LED vypěstované pomocí nosičů TaC srovnatelný výkon a jednotnost s těmi, které se pěstují s použitím konvenčních nosičů SiC. V důsledku toho životnost nosičů destiček potažených TaC převyšuje životnost nepotažených a grafitových nosičů potažených SiC.

Postava. Podnos oplatky po použití v zařízení GAN Epitaxial Grown MOCVD (Veeco P75). Jeden nalevo je potažen TAC a ten napravo je potažen sic.

Metoda přípravy běžnéTAC potažené grafitové části

ČÁST/1

Metoda CVD (Depozice chemických par):

Při 900-2300 °C, za použití TaCl5 a CnHm jako zdrojů tantalu a uhlíku, H2 jako redukční atmosféry, Ar2 jako nosného plynu, reakční depoziční film. Připravený nátěr je kompaktní, jednotný a vysoce čistý. Existují však některé problémy, jako je komplikovaný proces, drahé náklady, obtížné řízení proudění vzduchu a nízká účinnost nanášení.

ČÁST/2

Metoda slinování kalu:

Kaše obsahující zdroj uhlíku, zdroj tantalu, dispergace a pojiva se po sušení potahuje na grafitu a po sušení. Připravený povlak roste bez pravidelné orientace, má nízké náklady a je vhodný pro rozsáhlou výrobu. Zbývá prozkoumat, aby se dosáhlo jednotného a plného povlaku na velkém grafitu, eliminoval podpůrné vady a zvýšil vazebnou sílu povlaku.

Část/3

Metoda plazmového stříkání:

TaC prášek se taví plazmovým obloukem při vysoké teplotě, rozprašuje na vysokoteplotní kapičky vysokorychlostním paprskem a nastříká na povrch grafitového materiálu. Je snadné vytvořit vrstvu oxidu pod vakuem a spotřeba energie je velká.

Je třeba vyřešit grafitové díly potažené TaC

ČÁST/1

Vazebná síla:

Koeficient tepelné roztažnosti a další fyzikální vlastnosti mezi TAC a uhlíkovými materiály jsou odlišné, pevnost v povlaku je nízká, je obtížné se vyhnout trhlinám, pórům a tepelnému napětí a povlak se snadno odlupuje ve skutečné atmosféře obsahující hnilobu a Opakovaný proces rostoucího a chlazení.

ČÁST/2

Čistota:

Povlak TAC musí být velmi vysokou čistotou, aby se zabránilo nečistotám a znečištění za podmínek vysokých teplot a je třeba dohodnout efektivní standardy obsahu a charakterizační standardy volného uhlíku a vnitřní nečistoty na povrchu a uvnitř celého povlaku.

Část/3

Stabilita:

Odolnost proti vysoké teplotě a odolnost proti chemické atmosféře nad 2300 ℃ jsou nejdůležitějšími ukazateli pro testování stability povlaku. Dinholes, praskliny, chybějící rohy a hranice zrna z jednoho orientace lze snadno způsobit, že korozivní plyny proniknou a proniknou do grafitu, což má za následek selhání ochrany proti povlaku.

ČÁST/4

Oxidační odpor:

TaC začíná oxidovat na Ta2O5, když je nad 500 °C, a rychlost oxidace se prudce zvyšuje s rostoucí teplotou a koncentrací kyslíku. Povrchová oxidace začíná od hranic zrn a malých zrn a postupně vytváří sloupcové krystaly a lomené krystaly, což má za následek velké množství mezer a otvorů a infiltrace kyslíku se zintenzivňuje, dokud není povlak odstraněn. Výsledná oxidová vrstva má špatnou tepelnou vodivost a vzhledově různé barvy.

Část/5

Uniformita a drsnost:

Nerovnoměrné rozložení povrchu nátěru může vést k místní koncentraci tepelného napětí, což zvyšuje riziko praskání a odlupování. Drsnost povrchu navíc přímo ovlivňuje interakci mezi povlakem a vnějším prostředím a příliš vysoká drsnost snadno vede ke zvýšenému tření o plátek a nerovnoměrnému tepelnému poli.

Část/6

Velikost zrna:

Jednotná velikost zrna napomáhá stabilitě povlaku. Pokud je velikost zrna malá, spoj není těsný a snadno se oxiduje a koroduje, což má za následek velké množství trhlin a děr na okraji zrna, což snižuje ochranný výkon povlaku. Pokud je velikost zrna příliš velká, je poměrně drsná a povlak se snadno odlupuje při tepelném namáhání.

Závěr a vyhlídka

Obecně,TAC potažené grafitové částiNa trhu má obrovskou poptávku a širokou škálu vyhlídek na aplikace, aktuálníTAC potažené grafitové částiVýroba hlavního proudu je spoléhat se na komponenty TAC CVD. Avšak vzhledem k vysokým nákladům na výrobní zařízení TAC CVD a omezené účinnosti depozice nebyly tradiční grafitové materiály potažené SIC zcela nahrazeny. Metoda slinování může účinně snížit náklady na suroviny a může se přizpůsobit složitým tvarům grafitových částí, aby vyhovovala potřebám různých aplikačních scénářů.