Примена на графитни делови обложени со TaC во еднокристални печки

Примена наГрафитни делови обложени со TaCВо единечни печки за кристали

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 неуништен 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 SIC единечен уред за растење на кристал инго со метод на PVT

(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 епитаксичен раст на ГАН

(б) обликуван грејач со обложен со TAC, инсталиран во поставување MOCVD, со исклучок на основата и заградата (илустрација што покажува база и заграда при греење)

(в) Грејач на графит-обложен со TAC по 17 епитаксичен раст на ГАН. 

Обложен сусцептор за епитаксија (носач на обланда)

Дел/3

Носачот на нафора, клучна структурна компонента што се користи во подготовката на нафори од полупроводници од трети класа, како што се SIC, ALN и GAN, игра клучна улога во процесите на раст на епитаксиалните нафта. Обично изработено од графит, носачот на нафта е обложена со SIC за да се спротивстави на корозијата од процесните гасови во рамките на епитаксијалниот температурен опсег од 1100 до 1600 ° C. Отпорноста на корозија на заштитната обвивка значително влијае на животниот век на носачот на нафта. Експерименталните резултати покажаа дека TAC покажува стапка на корозија приближно 6 пати побавна од SIC кога е изложена на амонијак со висока температура. Во водородни средини со висока температура, стапката на корозија на TAC е дури и повеќе од 10 пати побавна од SIC.

Експерименталните докази покажаа дека фиоките обложени со TAC покажуваат одлична компатибилност во процесот на сина светлина GAN MOCVD без воведување на нечистотии. Со ограничени прилагодувања на процесите, LED диоди одгледувани со употреба на TAC носачи демонстрираат споредливи перформанси и униформност со оние што се одгледуваат со употреба на конвенционални SIC носители. Како резултат на тоа, услужниот живот на носачите обложени со TAC ги надминува оној на неоткриени и сик-обложени графитни носачи.

Бројка. Поддршка за нафта по употреба во GAN епитаксичен израснат MOCVD уред (VEECO P75). Оној од лево е обложен со TAC и оној од десната страна е обложена со SIC.

Метод 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 танталум и јаглерод, H₂ како намалување на атмосферата, арас носач гас, филм за таложење на реакција. Подготвената облога е компактен, униформа и висока чистота. Сепак, постојат некои проблеми како што се комплициран процес, скапи трошоци, тешка контрола на протокот на воздух и ефикасност на ниска таложење.

ДЕЛ/2

Метод на синтерување со кашеста маса:

Кашата што содржи извор на јаглерод, извор на танталум, распрскувач и врзивно средство е обложено на графитот и се синтерува на висока температура по сушењето. Подготвената обвивка расте без редовна ориентација, има ниска цена и е погодна за големо производство. Останува да се истражи за да се постигне униформа и целосна обвивка на голем графит, да се елиминираат дефектите на поддршката и да се подобри силата на обложување.

Дел/3

Метод на прскање со плазма:

ТАЦ во прав се стопи со плазма лак на висока температура, атомизиран во капки со висока температура со авион со голема брзина и се испрска 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 обложените графитни делови TAC

Дел/1

Обврзувачка сила:

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 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 започнува да се оксидира до TA2O5 кога е над 500 ℃, а стапката на оксидација нагло се зголемува со зголемувањето на температурата и концентрацијата на кислород. Оксидацијата на површината започнува од границите на житото и малите зрна, и постепено формира колонообразни кристали и скршени кристали, што резултира во голем број празнини и дупки, а инфилтрацијата на кислород се засилува сè додека не се одземе облогата. Добиениот оксиден слој има лоша термичка спроводливост и разновидност на бои по изглед.

ДЕЛ/5

Униформност и грубост:

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

ДЕЛ/6

Големина на жито:

Единствената големина на жито помага во стабилноста на облогата. Ако големината на житото е мала, врската не е тесна, и лесно е да се оксидира и кородира, што резултира во голем број пукнатини и дупки во работ на жито, што ги намалува заштитните перформанси на облогата. Ако големината на житото е преголема, таа е релативно груба, а облогата е лесно да се испушти под термички стрес.

Заклучок и перспектива

Во принцип,TAC обложени делови од графитНа пазарот има огромна побарувачка и широк спектар на изгледи за апликација, сегашнатаTaC обложени графитни деловиПроизводството на мејнстрим е да се потпира на компонентите на CVD TAC. Како и да е, поради високата цена на опремата за производство на CVD TAC и ограничената ефикасност на таложење, традиционалните обложени графитни материјали обложени со SIC не се целосно заменети. Методот за топење може ефикасно да ги намали трошоците на суровините и може да се прилагоди на сложените форми на графитните делови, со цел да се задоволат потребите на повеќе различни сценарија за примена.