TaC लेपित ग्रेफाइट अवयवहरूको अनुप्रयोग र विकास चुनौतीहरू

सिलिकन कार्बाइड (SiC) वेफर वृद्धिको सन्दर्भमा, थर्मल क्षेत्रमा प्रयोग हुने परम्परागत ग्रेफाइट सामग्री र कार्बन-कार्बन कम्पोजिटहरूले 2300°C (Si, SiC₂, Si₂C) मा जटिल वातावरणको सामना गर्न महत्त्वपूर्ण चुनौतीहरूको सामना गर्छन्। यी सामाग्रीको आयु छोटो मात्र होइन, एक देखि दस फर्नेस चक्र पछि विभिन्न भागहरू प्रतिस्थापन आवश्यक हुन्छ, तर उच्च तापक्रममा उदात्तता र अस्थिरता पनि अनुभव हुन्छ। यसले कार्बन समावेश र अन्य क्रिस्टल दोषहरूको गठन गर्न सक्छ। औद्योगिक उत्पादन लागतहरू विचार गर्दा अर्धचालक क्रिस्टलहरूको उच्च गुणस्तर र स्थिर वृद्धि सुनिश्चित गर्न, ग्रेफाइट घटकहरूमा अति-उच्च तापक्रम र जंग-प्रतिरोधी सिरेमिक कोटिंगहरू तयार गर्न आवश्यक छ। यी कोटिंग्सले ग्रेफाइट भागहरूको आयु बढाउँछ, अशुद्धता माइग्रेसनलाई रोक्छ, र क्रिस्टल शुद्धता बढाउँछ। SiC epitaxial वृद्धिको समयमा, SiC-लेपित ग्रेफाइट आधारहरू सामान्यतया एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटहरूलाई समर्थन र तताउन प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, यी आधारहरूको आयु अझै पनि सुधार आवश्यक छ, र तिनीहरूलाई इन्टरफेसहरूबाट SiC निक्षेपहरू हटाउन आवधिक सफाई चाहिन्छ। तुलनामा, ट्यान्टलमकार्बाइड (TaC) कोटिंग्ससंक्षारक वायुमण्डल र उच्च तापमानमा उच्च प्रतिरोध प्रदान गर्दछ, तिनीहरूलाई इष्टतम SiC क्रिस्टल वृद्धि हासिल गर्नको लागि महत्त्वपूर्ण प्रविधि बनाउँछ।

3880 डिग्री सेल्सियसको पिघलने बिन्दुको साथ,TaCउच्च यांत्रिक शक्ति, कठोरता, र थर्मल झटका प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ। यसले अमोनिया, हाइड्रोजन र सिलिकन युक्त वाष्पहरू समावेश गर्ने उच्च-तापमान अवस्थाहरूमा उत्कृष्ट रासायनिक जडता र थर्मल स्थिरता कायम राख्छ। ग्रेफाइट (कार्बन-कार्बन कम्पोजिट) ​​लेपित सामग्रीTaCपरम्परागत उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट, pBN-लेपित, र SiC-लेपित कम्पोनेन्टहरूको प्रतिस्थापनको रूपमा उच्च आशाजनक छन्। थप रूपमा, एयरोस्पेस क्षेत्रमा,TaCउच्च-तापमान ओक्सीकरण-प्रतिरोधी र पृथक-प्रतिरोधी कोटिंगको रूपमा प्रयोगको लागि महत्त्वपूर्ण क्षमता छ, व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू प्रदान गर्दै। यद्यपि, एक बाक्लो, एकसमान, र गैर-पिलिङ्ग प्राप्त गर्दैTaC कोटिंगग्रेफाइट सतहहरूमा र यसको औद्योगिक-स्तरीय उत्पादनलाई बढावा दिन धेरै चुनौतीहरू छन्। कोटिंगको सुरक्षात्मक संयन्त्रहरू बुझ्ने, उत्पादन प्रक्रियाहरूको नवीनता, र शीर्ष अन्तर्राष्ट्रिय मापदण्डहरूसँग प्रतिस्पर्धा गर्ने तेस्रो-पुस्ता अर्धचालकहरूको वृद्धि र एपिटेक्सियल विकासको लागि महत्त्वपूर्ण छ।

निष्कर्षमा, TaC लेपित ग्रेफाइट कम्पोनेन्टहरूको विकास र अनुप्रयोग SiC वेफर विकास प्रविधिलाई अगाडि बढाउनको लागि महत्वपूर्ण छ। मा चुनौतिहरु सम्बोधन गर्दैTaC कोटिंगतयारी र औद्योगीकरण उच्च गुणस्तरीय अर्धचालक क्रिस्टल वृद्धि सुनिश्चित गर्न र को उपयोग विस्तार गर्न को लागी महत्वपूर्ण हुनेछ।TaC कोटिंग्सविभिन्न उच्च-तापमान अनुप्रयोगहरूमा।

1. TaC लेपित ग्रेफाइट अवयवहरूको आवेदन

(१) क्रुसिबल, सीड क्रिस्टल होल्डर र फ्लो ट्यूब भित्रSiC र AlN एकल क्रिस्टलको PVT वृद्धि

SiC तयारीको लागि भौतिक भाप परिवहन (PVT) विधिको समयमा, बीज क्रिस्टललाई अपेक्षाकृत कम-तापमान क्षेत्रमा राखिएको छ जबकि SiC कच्चा पदार्थ उच्च-तापमान क्षेत्रमा (2400 डिग्री सेल्सियस माथि) छ। कच्चा पदार्थले ग्यासयुक्त प्रजातिहरू (SiXCy) उत्पादन गर्न विघटन गर्दछ, जुन उच्च-तापमान क्षेत्रबाट निम्न-तापमान क्षेत्रमा पठाइन्छ जहाँ बीज क्रिस्टल अवस्थित हुन्छ। यो प्रक्रिया, जसमा एकल क्रिस्टल बनाउनको लागि न्यूक्लियसन र वृद्धि समावेश छ, क्रुसिबलहरू, फ्लो रिङ्हरू, र सीड क्रिस्टल होल्डरहरू जस्ता ताप क्षेत्र सामग्रीहरू चाहिन्छ जुन उच्च तापमानमा प्रतिरोधी हुन्छ र SiC कच्चा पदार्थ र क्रिस्टलहरूलाई दूषित गर्दैन। समान आवश्यकताहरू AlN एकल क्रिस्टल वृद्धिको लागि अवस्थित छ, जहाँ ताप तत्वहरूले अल वाष्प र N2 क्षरणको प्रतिरोध गर्नुपर्दछ र क्रिस्टल तयारी चक्रलाई छोटो बनाउनको लागि उच्च eutectic तापमान हुनुपर्छ।

प्रयोग गरेको अध्ययनले देखाएको छTaC लेपित ग्रेफाइट सामग्रीSiC र AlN को तयारीको लागि गर्मी क्षेत्रमा कम कार्बन, अक्सिजन, र नाइट्रोजन अशुद्धता संग क्लिनर क्रिस्टलहरु मा परिणाम। किनारा दोषहरू न्यूनीकरण गरिएका छन्, र विभिन्न क्षेत्रहरूमा प्रतिरोधात्मकता उल्लेखनीय रूपमा घटाइएको छ, माइक्रोपोर र ईच पिट घनत्वको साथमा, क्रिस्टलको गुणस्तरमा ठूलो वृद्धि हुन्छ। यसबाहेक, दTaCक्रुसिबलले नगण्य तौल घटाउने र कुनै क्षति नभएको देखाउँदछ, पुन: प्रयोगको लागि अनुमति दिँदै (200 घण्टा सम्मको आयु सहित), एकल क्रिस्टल तयारीको दिगोपन र दक्षता बढाउँदै।

(2) MOCVD GaN Epitaxial लेयर ग्रोथ मा हीटर

MOCVD GaN बृद्धिमा पातलो फिल्महरू एपिटेक्सिली रूपमा बढ्नको लागि रासायनिक वाष्प निक्षेप प्रविधिको प्रयोग समावेश छ। चेम्बरको तापक्रमको सटीक र एकरूपताले हीटरलाई महत्त्वपूर्ण घटक बनाउँछ। यसले लगातार र समान रूपमा सब्सट्रेटलाई लामो समयसम्म तताउनुपर्दछ र संक्षारक ग्याँसहरू अन्तर्गत उच्च तापमानमा स्थिरता कायम राख्नुपर्दछ।

MOCVD GaN प्रणाली हीटरको प्रदर्शन र पुन: प्रयोग योग्यता सुधार गर्न,TaC लेपित ग्रेफाइटहिटर सफलतापूर्वक प्रस्तुत गरिएको छ। pBN कोटिंग्स भएका परम्परागत हीटरहरूको तुलनामा, TaC हीटरहरूले क्रिस्टल संरचना, मोटाई एकरूपता, आन्तरिक दोषहरू, अशुद्धता डोपिङ, र प्रदूषण स्तरहरूमा तुलनात्मक प्रदर्शन देखाउँछन्। को कम प्रतिरोधकता र सतह उत्सर्जनTaC कोटिंगहीटरको दक्षता र एकरूपता बढाउनुहोस्, ऊर्जा खपत र तातो अपव्यय घटाउनुहोस्। कोटिंगको समायोज्य पोरोसिटीले हीटरको विकिरण विशेषताहरूलाई अझ सुधार गर्छ र यसको आयु बढाउँछ, जसले गर्दाTaC लेपित ग्रेफाइटहीटरहरू MOCVD GaN वृद्धि प्रणालीहरूको लागि उत्कृष्ट विकल्प।

चित्र 2. (a) GaN एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि MOCVD उपकरणको योजनाबद्ध रेखाचित्र

(b) MOCVD सेटअपमा स्थापना गरिएको TaC लेपित ग्रेफाइट हीटर, आधार र समर्थनहरू बाहेक (इन्सेटले तताउने क्रममा आधार र समर्थन देखाउँदछ)

(ग)GaN epitaxial वृद्धि को 17 चक्र पछि TaC लेपित ग्रेफाइट हीटर

(३)एपिटेक्सियल कोटिंग ट्रे (वेफर वाहक)

वेफर वाहकहरू SiC, AlN, र GaN जस्ता तेस्रो पुस्ताको अर्धचालक वेफरहरूको तयारी र एपिटेक्सियल वृद्धिमा महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक हुन्। अधिकांश वेफर वाहकहरू ग्रेफाइटबाट बनेका हुन्छन् र 1100 देखि 1600 डिग्री सेल्सियसको तापक्रम दायरा भित्र काम गर्ने प्रक्रिया ग्यासहरूबाट क्षरण प्रतिरोध गर्न SiC को साथ लेपित हुन्छन्। सुरक्षात्मक कोटिंग को विरोधी जंग क्षमता क्यारियर को जीवनकाल को लागी महत्वपूर्ण छ।

अनुसन्धानले संकेत गर्दछ कि TaC को क्षरण दर उच्च-तापमान अमोनिया र हाइड्रोजन वातावरणमा SiC भन्दा धेरै ढिलो छ, जसले गर्दाTaC लेपितनीलो GaN MOCVD प्रक्रियाहरू र अशुद्धता परिचयलाई रोक्न ट्रेहरूसँग थप उपयुक्त। एलईडी प्रदर्शन प्रयोग गरी बढ्योTaC वाहकहरूपरम्परागत SiC वाहकहरूसँग तुलना गर्न सकिन्छTaC लेपितउच्च आयु प्रदर्शन ट्रे।

चित्र 3. GaN epitaxial वृद्धिको लागि MOCVD उपकरण (Veeco P75) मा प्रयोग गरिएको वेफर ट्रे। बायाँतिरको ट्रे TaC लेपिएको छ, जबकि दायाँतिरको ट्रे SiC लेपिएको छ

२. TaC लेपित ग्रेफाइट कम्पोनेन्टहरूमा चुनौतीहरू

आसंजन:बीचको थर्मल विस्तार गुणांक भिन्नताTaCर कार्बन सामग्रीहरूले कम कोटिंग आसंजन शक्तिमा परिणाम दिन्छ, यसले क्र्याकिङ, पोरोसिटी र थर्मल तनावको खतरा बनाउँछ, जसले संक्षारक वायुमण्डल अन्तर्गत कोटिंग स्प्यालेसन र बारम्बार तापक्रम साइकल चलाउन सक्छ।

शुद्धता: TaC कोटिंग्सउच्च तापमानमा अशुद्धताहरू प्रस्तुत गर्नबाट बच्नको लागि अति-उच्च शुद्धता कायम गर्नुपर्छ। कोटिंग भित्र नि: शुल्क कार्बन र भित्री अशुद्धता मूल्याङ्कन गर्न मापदण्डहरू स्थापित गर्न आवश्यक छ।

स्थिरता:2300 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथि उच्च तापमान र रासायनिक वायुमण्डलहरूको प्रतिरोध महत्त्वपूर्ण छ। पिनहोलहरू, दरारहरू, र एकल क्रिस्टल ग्रेन सीमाहरू जस्ता दोषहरू संक्षारक ग्यास घुसपैठको लागि संवेदनशील हुन्छन्, जसले कोटिंग विफलता निम्त्याउँछ।

ओक्सीकरण प्रतिरोध:TaC500 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथिको तापमानमा अक्सिडाइज गर्न थाल्छ, Ta2O5 बनाउँछ। अक्सिजन दर तापमान र अक्सिजन एकाग्रता संग बढ्छ, अनाज सीमा र साना अनाज देखि शुरू, महत्वपूर्ण कोटिंग गिरावट र अन्ततः spallation को नेतृत्व।

एकरूपता र नरमपन: असंगत कोटिंग वितरणले स्थानीय थर्मल तनाव निम्त्याउन सक्छ, क्र्याकिंग र स्प्यालेसनको जोखिम बढाउँछ। सतहको नराम्रोपनले बाह्य वातावरणसँगको अन्तरक्रियालाई असर गर्छ, उच्च खुरदराले घर्षण र असमान थर्मल क्षेत्रहरू निम्त्याउँछ।

अनाज आकार:समान अनाजको आकारले कोटिंग स्थिरता बढाउँछ, जबकि साना अन्नहरू अक्सिडेशन र जंगको जोखिममा हुन्छन्, जसले पोरोसिटी बढ्छ र सुरक्षा कम गर्दछ। ठूला दानाले थर्मल तनाव-प्रेरित स्प्यालेसन निम्त्याउन सक्छ।

३. निष्कर्ष र आउटलुक

TaC लेपित ग्रेफाइट कम्पोनेन्टहरूसँग महत्त्वपूर्ण बजार माग र व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू छन्। को मूलधार उत्पादनTaC कोटिंग्सहाल CVD TaC कम्पोनेन्टहरूमा निर्भर छ, तर CVD उपकरणको उच्च लागत र सीमित निक्षेप दक्षताले अझै पनि परम्परागत SiC लेपित ग्रेफाइट सामग्रीहरू प्रतिस्थापन गरेको छैन। सिन्टरिङ विधिहरूले प्रभावकारी रूपमा कच्चा माल लागत घटाउन सक्छ र जटिल ग्रेफाइट आकारहरू समायोजन गर्न सक्छ, विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छ। AFTech, CGT कार्बन GmbH, र Toyo Tanso जस्ता कम्पनीहरू परिपक्व भइसकेका छन्TaC कोटिंगप्रक्रियाहरू र बजार हावी।

चीन मा, को विकासTaC लेपित ग्रेफाइट घटकअझै पनि यसको प्रयोगात्मक र प्रारम्भिक औद्योगिकीकरण चरणहरूमा छ। उद्योगलाई अगाडि बढाउन, हालको तयारी विधिहरू अनुकूलन गर्दै, नयाँ उच्च गुणस्तरको TaC कोटिंग प्रक्रियाहरू अन्वेषण गर्दै, र बुझाइTaC कोटिंगसुरक्षा संयन्त्र र विफलता मोडहरू आवश्यक छन्। विस्तार गर्दैTaC कोटिंग अनुप्रयोगहरूअनुसन्धान संस्था र कम्पनीहरु बाट निरन्तर नवीनता आवश्यक छ। घरेलु तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालक बजार बढ्दै जाँदा, उच्च-प्रदर्शन कोटिंग्सको माग बढ्नेछ, जसले घरेलु विकल्पहरूलाई भविष्यको उद्योग प्रवृत्ति बनाउँछ।**