Примена на графитни делови обложени со TaC во еднокристални печки

Примена наГрафитни делови обложени со TaCво еднокристални печки

ДЕЛ 1

Во растот на единечните кристали SiC и AlN со користење на методот на транспорт на физичка пареа (PVT), клучните компоненти како што се садот, држачот за семе и прстенот за води играат витална улога. Како што е прикажано на Слика 2 [1], за време на PVT процесот, семениот кристал се позиционира во регионот со пониска температура, додека суровината на SiC е изложена на повисоки температури (над 2400 ℃). Ова доведува до распаѓање на суровината, произведувајќи SiXCy соединенија (првенствено вклучувајќи Si, SiC2, Si2C итн.). Материјалот од фазата на пареа потоа се транспортира од високотемпературниот регион до семениот кристал во регионот со ниска температура, што резултира со формирање на јадра од семе, раст на кристалите и генерирање на единечни кристали. Затоа, материјалите од термалното поле што се користат во овој процес, како што се садот, прстенот за водич за проток и држачот за семе кристал, треба да покажат отпорност на висока температура без да ги контаминираат SiC суровините и единечните кристали. Слично на тоа, грејните елементи што се користат во растот на кристалите AlN мора да издржат Al пареа и корозија N2, а исто така поседуваат висока евтектичка температура (со AlN) за да се намали времето на подготовка на кристалите.

Забележано е дека користењето на материјали за топлинско поле од графит обложени со TaC за подготовка на SiC [2-5] и AlN [2-3] резултира со почисти производи со минимален јаглерод (кислород, азот) и други нечистотии. Овие материјали покажуваат помалку дефекти на рабовите и помала отпорност во секој регион. Дополнително, густината на микропорите и јамите за офорт (по офортувањето со KOH) е значително намалена, што доведува до значително подобрување на квалитетот на кристалите. Понатаму, садот TaC покажува речиси нула губење на тежината, одржува недеструктивен изглед и може да се рециклира (со животен век до 200 часа), со што се подобрува одржливоста и ефикасноста на процесите на подготовка на единечни кристали.

Сл. 2. (а) Шематски дијаграм на уред за одгледување инготи со еднокристал SiC со PVT метод

(б) држач за семе обложено со горен TaC (вклучувајќи го и семето SiC)

(в) Водечки прстен од графит обложен со TAC

MOCVD GaN Епитаксијален грејач за раст на слојот

ДЕЛ 2

На полето на MOCVD (Метално-органско хемиско таложење на пареа) GaN раст, клучна техника за пареа епитаксијален раст на тенки филмови преку органометални реакции на распаѓање, грејачот игра витална улога во постигнувањето прецизна контрола на температурата и униформност во комората за реакција. Како што е илустрирано на Слика 3 (а), грејачот се смета за основна компонента на опремата MOCVD. Неговата способност брзо и рамномерно да ја загрева подлогата во подолги периоди (вклучувајќи повторени циклуси на ладење), да издржи високи температури (отпорен на корозија на гас) и да ја одржува чистотата на филмот директно влијае на квалитетот на таложење на филмот, конзистентноста на дебелината и перформансите на чипот.

За да се подобрат перформансите и ефикасноста на рециклирање на грејачите во системите за раст MOCVD GaN, воведувањето на графитни грејачи обложени со TaC беше успешно. За разлика од конвенционалните грејачи кои користат облоги pBN (пиролитички бор нитрид), GaN епитаксијалните слоеви одгледувани со TaC грејачи покажуваат речиси идентични кристални структури, униформност на дебелината, формирање на внатрешни дефекти, допинг на нечистотии и нивоа на контаминација. Покрај тоа, облогата TaC покажува ниска отпорност и ниска емисионост на површината, што резултира со подобрена ефикасност и униформност на грејачот, а со тоа ја намалува потрошувачката на енергија и загубата на топлина. Со контролирање на параметрите на процесот, порозноста на облогата може да се прилагоди за дополнително да се подобрат карактеристиките на радијацијата на грејачот и да се продолжи неговиот животен век [5]. Овие предности ги утврдуваат графитните грејачи обложени со TaC како одличен избор за системите за раст MOCVD GaN.

Сл. 3. (а) Шематски дијаграм на MOCVD уред за GaN епитаксијален раст

(б) Лиен графитен грејач обложен со TAC инсталиран во поставувањето на MOCVD, со исклучок на основата и држачот (илустрацијата ги прикажува основата и држачот при загревањето)

(в) графит грејач обложен со TAC по епитаксијален раст од 17 GaN. 

Обложен сусцептор за епитаксија (носач на обланда)

ДЕЛ/3

Носачот на обланда, клучна структурна компонента што се користи во подготовката на полупроводничките обланди од трета класа, како што се SiC, AlN и GaN, игра витална улога во процесите на раст на епитаксијалниот нафора. Вообичаено направен од графит, носачот на обланда е обложен со SiC за да се спротивстави на корозија од процесните гасови во епитаксијален температурен опсег од 1100 до 1600 °C. Отпорноста на корозија на заштитната обвивка значително влијае на животниот век на носачот на обланда. Експерименталните резултати покажаа дека TaC покажува стапка на корозија приближно 6 пати побавна од SiC кога е изложена на амонијак со висока температура. Во средини со водород со висока температура, стапката на корозија на TaC е дури повеќе од 10 пати побавна од SiC.

Експерименталните докази покажаа дека тацните обложени со TaC покажуваат одлична компатибилност во процесот GaN MOCVD со сина светлина без да внесуваат нечистотии. Со ограничени прилагодувања на процесот, LED диоди одгледувани со TaC носачи демонстрираат споредливи перформанси и униформност со оние што се одгледуваат со конвенционални SiC носачи. Следствено, работниот век на носачите на обланди обложени со TaC го надминува оној на необложените и носителите на графит обложени со SiC.

Слика. Фиока за нафора по употреба во GaN епитаксијално одгледуван MOCVD уред (Veeco P75). Левото е обложено со TaC, а десното со SiC.

Начин на подготовка на заедничкиTaC обложени графитни делови

ДЕЛ 1

CVD (хемиско таложење на пареа) метод:

На 900-2300℃, користејќи TaCl5 и CnHm како извори на тантал и јаглерод, H2 како редуцирачка атмосфера, Ar2 како гас-носител, филм за таложење на реакцијата. Подготвената облога е компактна, униформа и висока чистота. Сепак, постојат некои проблеми како што се комплициран процес, скапа цена, тешка контрола на протокот на воздух и ниска ефикасност на таложење.

ДЕЛ 2

Метод на синтерување со кашеста маса:

Кашеста маса која содржи извор на јаглерод, извор на тантал, средство за распрснување и врзивно средство се премачкува на графитот и се синтерува на висока температура по сушењето. Подготвената обвивка расте без редовна ориентација, има ниска цена и е погодна за производство од големи размери. Останува да се истражи за да се постигне униформа и целосна облога на голем графит, да се елиминираат дефектите на поддршката и да се зголеми силата на врзување на облогата.

ДЕЛ/3

Метод на прскање со плазма:

TaC прав се топи со плазма лак на висока температура, се атомизира во капки со висока температура со млаз со голема брзина и се прска на површината на графитниот материјал. Лесно е да се формира оксиден слој под не-вакуум, а потрошувачката на енергија е голема.

Треба да се решат деловите од графит обложени со TaC

ДЕЛ 1

Сила на врзување:

Коефициентот на термичка експанзија и другите физички својства помеѓу TaC и јаглеродните материјали се различни, јачината на врзување на облогата е мала, тешко е да се избегнат пукнатини, пори и термички стрес, а облогата лесно се олупи во вистинската атмосфера која содржи гниење и повторен процес на подигање и ладење.

ДЕЛ 2

Чистота:

TaC облогата треба да има ултра висока чистота за да се избегнат нечистотии и загадување при високи температурни услови, а треба да се договорат стандардите за ефективна содржина и стандардите за карактеризација на слободниот јаглерод и внатрешните нечистотии на површината и во внатрешноста на целосната обвивка.

ДЕЛ/3

Стабилност:

Отпорност на висока температура и отпорност на хемиска атмосфера над 2300℃ се најважните индикатори за тестирање на стабилноста на облогата. Дупките, пукнатините, аглите што недостасуваат и границите на зрната со една ориентација лесно предизвикуваат корозивни гасови да навлезат и да навлезат во графитот, што резултира со дефект на заштитата на облогата.

ДЕЛ/4

Отпорност на оксидација:

TaC почнува да оксидира до Ta2O5 кога е над 500℃, а стапката на оксидација нагло се зголемува со зголемувањето на температурата и концентрацијата на кислород. Површинската оксидација започнува од границите на зрната и ситните зрна, и постепено формира колонообразни кристали и скршени кристали, што резултира со голем број празнини и дупки, а инфилтрацијата на кислородот се интензивира додека облогата не се соголи. Добиениот оксиден слој има слаба топлинска спроводливост и разновидни бои по изглед.

ДЕЛ/5

Униформност и грубост:

Нерамномерната распределба на површината на облогата може да доведе до локална концентрација на термички стрес, зголемувајќи го ризикот од пукање и распарчување. Покрај тоа, грубоста на површината директно влијае на интеракцијата помеѓу облогата и надворешното опкружување, а превисоката грубост лесно доведува до зголемено триење со обландата и нерамномерно термичко поле.

ДЕЛ/6

Големина на зрно:

Еднообразната големина на зрната помага за стабилноста на облогата. Ако големината на зрната е мала, врската не е цврста и лесно се оксидира и кородира, што резултира со голем број пукнатини и дупки на работ на зрното, што ја намалува заштитната работа на облогата. Ако големината на зрното е преголема, таа е релативно груба, а облогата лесно се лупи под термички стрес.

Заклучок и перспектива

Генерално,TaC обложени графитни деловина пазарот има огромна побарувачка и широк спектар на изгледи за примена, сегашнитеTaC обложени графитни деловимејнстримот на производство е да се потпира на CVD TaC компонентите. Сепак, поради високата цена на опремата за производство на CVD TaC и ограничената ефикасност на таложење, традиционалните графитни материјали обложени со SiC не се целосно заменети. Методот на синтерување може ефективно да ги намали трошоците за суровините и може да се прилагоди на сложени форми на графитни делови, за да ги задоволи потребите на повеќе различни сценарија за примена.