Со какви предизвици се соочува процесот на обложување CVD TaC за раст на единечни кристали на SiC при обработката со полупроводници?

Вовед

Со брзиот развој на нови енергетски возила, 5G комуникации и други полиња, барањата за изведба на енергетските електронски уреди се зголемуваат. Како нова генерација на полупроводнички материјали со широк опсег, силициум карбидот (SiC) стана префериран материјал за електронски уреди со одлични електрични својства и термичка стабилност. Сепак, процесот на раст на единечните кристали на SiC се соочува со многу предизвици, меѓу кои перформансите на материјалите од термичко поле е еден од клучните фактори. Како нов тип на материјал за топлинско поле, CVD TaC облогата стана ефикасен начин за решавање на проблемот со растот на еднокристалот на SiC поради неговата одлична отпорност на високи температури, отпорност на корозија и хемиска стабилност. Оваа статија длабоко ќе ги истражи предностите, карактеристиките на процесот и изгледите за примена на CVD TaC облогата во растот на еден кристал SiC.

Позадина на индустријата

1. Широка примена на единечни кристали на SIC и проблемите со кои се соочуваат во процесот на производство

SIC единечни кристални материјали добро функционираат во околини со висока температура, висок притисок и висока фреквенција и се користат во електрични возила, обновлива енергија и напојување со висока ефикасност. Според истражувањето на пазарот, големината на пазарот на SIC се очекува да достигне 9 милијарди американски долари до 2030 година, со просечна годишна стапка на раст од повеќе од 20%. Супериорната изведба на SIC го прави важна основа за следната генерација на електронски уреди за напојување. Сепак, за време на растот на единечните кристали на SIC, материјалите за термичко поле се соочуваат со тест на екстремни опкружувања како што се висока температура, висок притисок и корозивни гасови. Традиционалните материјали за термичко поле, како што се графит и силикон карбид, лесно се оксидираат и деформираат на високи температури и реагираат со атмосферата за раст, што влијае на квалитетот на кристалот.

2 Важноста на CVD TAC облогата како материјал за термичко поле

CVD TAC облогата може да обезбеди одлична стабилност во висока температура и корозивни средини, што го прави неопходен материјал за раст на SIC единечни кристали. Студиите покажаа дека TAC облогата може ефикасно да го прошири животниот век на материјалите на термичкото поле и да го подобри квалитетот на кристалите на SIC. TAC облогата може да остане стабилна под екстремни услови до 2300 ℃, избегнувајќи оксидација на подлогата и хемиска корозија.

Преглед на тема

1. Основни принципи и предности на CVD TAC облогата

CVD TaC облогата се формира со реакција и депонирање на извор на тантал (како TaCl5) со извор на јаглерод на висока температура и има одлична отпорност на висока температура, отпорност на корозија и добра адхезија. Неговата густа и униформа структура на обложување може ефикасно да спречи оксидација на подлогата и хемиска корозија.

2. Технички предизвици на CVD TaC процесот на обложување

Иако CVD TaC облогата има многу предности, сè уште има технички предизвици во неговиот производствен процес, како што се контрола на чистотата на материјалот, оптимизација на параметрите на процесот и адхезија на облогата.

Дел I: Клучна улога на CVD TAC облогата

● Отпорност на висока температура

Точка на топење на TaC и термохемиска стабилност: TaC има точка на топење од повеќе од 3000℃, што го прави стабилен на екстремни температури, што е од клучно значење за растот на еднокристалот на SiC.

Перформанси во екстремни температурни околини за време на раст на единечен кристал SIC **: Студиите покажаа дека облогата на TAC може ефикасно да ја спречи оксидацијата на подлогата во средини на висока температура од 900-2300 ℃, со што се обезбедува квалитетот на кристалите на SIC.

● Резис на корозијатанче

Заштитниот ефект на TaC облогата врз хемиската ерозија во реакционите средини на силициум карбид: TaC може ефикасно да ја блокира ерозијата на реактантите како што се Si и SiC2 на подлогата, продолжувајќи го работниот век на материјалите од термичко поле.

● Барања за конзистентност и прецизност

Неопходност во контролата на униформноста и дебелината на облогата: Еднообразната дебелина на облогата е од клучно значење за квалитетот на кристалите, а секоја нерамномерност може да доведе до концентрација на термички стрес и формирање на пукнатини.

Тантал карбид (TaC) облога на микроскопски пресек

Дел II: Главни предизвици на процесот на обложување на CVD TAC

●  Контрола на извор на материјал и чистота

Проблеми со синџирот на трошоци и снабдување на суровини со висока чистота Танталум: Цената на суровините на Танталум во голема мерка се менува и снабдувањето е нестабилно, што влијае на трошоците за производство.

Како нечистотиите во трагите во материјалот влијаат врз перформансите на облогата: нечистотиите можат да предизвикаат да се влошат перформансите на облогата, а со тоа да влијаат на квалитетот на кристалите на SIC.

● Оптимизација на параметарот на процесот

Прецизна контрола на температурата на облогата, притисокот и протокот на гас: Овие параметри имаат директно влијание врз квалитетот на облогата и треба да бидат ситно регулирани за да се обезбеди најдобар ефект на таложење.

Како да се избегнат дефекти на обложување на подлоги од голема област: Дефектите се склони да се појават за време на таложење на голема област и треба да се развијат нови технички средства за да се следи и прилагоди процесот на таложење.

● Адхезија за обложување

Тешкотии во оптимизирање на перформансите на адхезија помеѓу TaC облогата и подлогата: Разликите во коефициентите на термичка експанзија помеѓу различни материјали може да доведат до отлепување, а потребни се подобрувања во лепилата или процесите на таложење за да се подобри адхезијата.

Потенцијални ризици и контрамерки при одврзување на облогата: Откачувањето може да доведе до загуби во производството, па затоа е неопходно да се развијат нови лепила или да се користат композитни материјали за да се подобри цврстината на врзувањето.

●  Одржување на опремата и стабилност на процесот

Комплексноста и трошоците за одржување на опремата за CVD процес: Опремата е скапа и тешка за одржување, што ја зголемува вкупната цена на производството.

Прашања за конзистентност при работа со долгорочно процеси: долгорочното работење може да предизвика флуктуации на перформансите, а опремата треба редовно да се калибрира за да се обезбеди конзистентност.

● Заштита на животната средина и контрола на трошоците

Третман на нуспроизводи (како што се хлориди) за време на облогата: отпаден гас треба ефикасно да се лекува за да се исполнат стандардите за заштита на животната средина, што ги зголемува трошоците за производство.

Како да се балансираат високите перформанси и економските придобивки: Намалувањето на трошоците за производство додека се обезбедува квалитет на облогата е важен предизвик со кој се соочува индустријата.

Дел III: Индустриски решенија и гранично истражување

●  Нова технологија за оптимизација на процеси

Користете напредни алгоритми за контрола на CVD за да постигнете поголема прецизност: преку оптимизација на алгоритам, стапката на таложење и униформноста може да се подобрат, а со тоа да се подобри ефикасноста на производството.

Воведување нови формули за гас или адитиви за подобрување на перформансите на облогата: Истражувањата покажаа дека додавањето специфични гасови може да ја подобри адхезијата на облогата и антиоксидантните својства.

● Пробив во истражувањето и развојот на материјалот

Подобрување на перформансите на TaC со технологија на наноструктурни облоги: Наноструктурите можат значително да ја подобрат цврстината и отпорноста на абење на TaC облогите, а со тоа да ги подобрат нивните перформанси во екстремни услови.

Синтетички алтернативни материјали за обложување (како што е композитна керамика): Новите композитни материјали можат да обезбедат подобри перформанси и да ги намалат трошоците за производство.

● Автоматизација и дигитални фабрики

Следење на процесот со помош на вештачка интелигенција и технологија на сензори: Мониторингот во реално време може да ги прилагоди параметрите на процесот навреме и да ја подобри ефикасноста на производството.

Подобрување на ефикасноста на производството додека ги намалувате трошоците: Технологијата за автоматизација може да ја намали рачната интервенција и да ја подобри целокупната ефикасност на производството.