Penerapan Bagian Grafit Berlapis TaC dalam Tungku Kristal Tunggal

Aplikasi dariBagian Grafit Berlapis TaCdalam Tungku Kristal Tunggal

BAGIAN 1

Dalam pertumbuhan kristal tunggal SiC dan AlN menggunakan metode transportasi uap fisik (PVT), komponen penting seperti wadah, tempat benih, dan cincin pemandu memainkan peran penting. Seperti yang digambarkan pada Gambar 2 [1], selama proses PVT, kristal benih diposisikan di wilayah bersuhu lebih rendah, sedangkan bahan baku SiC terkena suhu lebih tinggi (di atas 2400 ℃). Hal ini menyebabkan penguraian bahan mentah, menghasilkan senyawa SiXCy (terutama termasuk Si, SiC₂, Si₂C, dll.). Bahan fase uap kemudian diangkut dari daerah bersuhu tinggi ke kristal benih di daerah bersuhu rendah, menghasilkan pembentukan inti benih, pertumbuhan kristal, dan pembentukan kristal tunggal. Oleh karena itu, bahan medan termal yang digunakan dalam proses ini, seperti wadah, cincin pemandu aliran, dan wadah kristal benih, harus menunjukkan ketahanan suhu tinggi tanpa mengkontaminasi bahan baku SiC dan kristal tunggal. Demikian pula, elemen pemanas yang digunakan dalam pertumbuhan kristal AlN harus tahan terhadap korosi uap Al dan N₂, serta memiliki suhu eutektik yang tinggi (dengan AlN) untuk mengurangi waktu persiapan kristal.

Telah diamati bahwa penggunaan bahan medan termal grafit berlapis TaC untuk pembuatan SiC [2-5] dan AlN [2-3] menghasilkan produk yang lebih bersih dengan sedikit karbon (oksigen, nitrogen), dan pengotor lainnya. Material ini menunjukkan cacat tepi yang lebih sedikit dan resistivitas yang lebih rendah di setiap wilayah. Selain itu, kepadatan mikropori dan lubang etsa (setelah etsa KOH) berkurang secara signifikan, sehingga menghasilkan peningkatan substansial dalam kualitas kristal. Selain itu, wadah TaC menunjukkan penurunan berat hampir nol, mempertahankan tampilan non-destruktif, dan dapat didaur ulang (dengan masa pakai hingga 200 jam), sehingga meningkatkan keberlanjutan dan efisiensi proses persiapan kristal tunggal.

ARA. 2. (a) Diagram skema alat penumbuh ingot kristal tunggal SiC dengan metode PVT

(b) Braket benih berlapis TaC atas (termasuk benih SiC)

(c) Cincin pemandu grafit berlapis TAC

Pemanas Pertumbuhan Lapisan Epitaksi MOCVD GaN

BAGIAN 2

Di bidang pertumbuhan GaN MOCVD (Deposisi Uap Kimia Logam-Organik), sebuah teknik penting untuk pertumbuhan epitaksi uap film tipis melalui reaksi dekomposisi organologam, pemanas memainkan peran penting dalam mencapai kontrol suhu yang tepat dan keseragaman dalam ruang reaksi. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3 (a), pemanas dianggap sebagai komponen inti peralatan MOCVD. Kemampuannya untuk memanaskan substrat dengan cepat dan seragam dalam jangka waktu lama (termasuk siklus pendinginan berulang), tahan suhu tinggi (menahan korosi gas), dan menjaga kemurnian film berdampak langsung pada kualitas deposisi film, konsistensi ketebalan, dan kinerja chip.

Untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi daur ulang pemanas dalam sistem pertumbuhan MOCVD GaN, pengenalan pemanas grafit berlapis TaC telah berhasil. Berbeda dengan pemanas konvensional yang menggunakan lapisan pBN (pirolitik boron nitrida), lapisan epitaksi GaN yang ditumbuhkan menggunakan pemanas TaC menunjukkan struktur kristal yang hampir identik, keseragaman ketebalan, pembentukan cacat intrinsik, doping pengotor, dan tingkat kontaminasi. Selain itu, lapisan TaC menunjukkan resistivitas rendah dan emisivitas permukaan rendah, menghasilkan peningkatan efisiensi dan keseragaman pemanas, sehingga mengurangi konsumsi daya dan kehilangan panas. Dengan mengontrol parameter proses, porositas lapisan dapat disesuaikan untuk lebih meningkatkan karakteristik radiasi pemanas dan memperpanjang umurnya [5]. Keunggulan ini menjadikan pemanas grafit berlapis TaC sebagai pilihan yang sangat baik untuk sistem pertumbuhan MOCVD GaN.

ARA. 3. (a) Diagram skema perangkat MOCVD untuk pertumbuhan epitaksi GaN

(b) Pemanas grafit berlapis TAC yang dipasang pada pengaturan MOCVD, tidak termasuk alas dan braket (ilustrasi menunjukkan alas dan braket dalam pemanasan)

(c) pemanas grafit berlapis TAC setelah pertumbuhan epitaksi 17 GaN. 

Susceptor Berlapis untuk Epitaksi (Pembawa Wafer)

BAGIAN/3

Pembawa wafer, komponen struktural penting yang digunakan dalam pembuatan wafer semikonduktor kelas tiga seperti SiC, AlN, dan GaN, memainkan peran penting dalam proses pertumbuhan wafer epitaksi. Biasanya terbuat dari grafit, pembawa wafer dilapisi dengan SiC untuk menahan korosi dari gas proses dalam kisaran suhu epitaksi 1100 hingga 1600 °C. Ketahanan korosi pada lapisan pelindung secara signifikan berdampak pada umur pembawa wafer. Hasil percobaan menunjukkan bahwa TaC menunjukkan laju korosi sekitar 6 kali lebih lambat dibandingkan SiC ketika terkena amonia suhu tinggi. Dalam lingkungan hidrogen bersuhu tinggi, laju korosi TaC bahkan 10 kali lebih lambat dibandingkan SiC.

Bukti eksperimental telah menunjukkan bahwa baki yang dilapisi TaC menunjukkan kompatibilitas yang sangat baik dalam proses MOCVD GaN cahaya biru tanpa menimbulkan kotoran. Dengan penyesuaian proses yang terbatas, LED yang dikembangkan menggunakan pembawa TaC menunjukkan kinerja dan keseragaman yang sebanding dengan LED yang dikembangkan menggunakan pembawa SiC konvensional. Akibatnya, masa pakai pembawa wafer berlapis TaC melampaui masa pakai pembawa grafit yang tidak dilapisi dan dilapisi SiC.

Angka. Baki wafer setelah digunakan dalam perangkat MOCVD yang ditumbuhkan epitaksi GaN (Veeco P75). Yang sebelah kiri dilapisi TaC dan yang sebelah kanan dilapisi SiC.

Metode persiapannya umumBagian grafit dilapisi TaC

BAGIAN 1

Metode CVD (Deposisi Uap Kimia):

Pada 900-2300℃, menggunakan TaCl5 dan CnHm sebagai tantalum dan sumber karbon, H₂ sebagai atmosfer pereduksi, gas pembawa Ar₂as, film deposisi reaksi. Lapisan yang disiapkan kompak, seragam dan memiliki kemurnian tinggi. Namun terdapat beberapa permasalahan seperti proses yang rumit, biaya yang mahal, kontrol aliran udara yang sulit dan efisiensi pengendapan yang rendah.

BAGIAN 2

Metode sintering bubur:

Bubur yang mengandung sumber karbon, sumber tantalum, pendispersi dan pengikat dilapisi pada grafit dan disinter pada suhu tinggi setelah pengeringan. Lapisan yang disiapkan tumbuh tanpa orientasi teratur, berbiaya rendah dan cocok untuk produksi skala besar. Masih harus dieksplorasi untuk mencapai lapisan seragam dan penuh pada grafit besar, menghilangkan cacat dukungan dan meningkatkan kekuatan ikatan lapisan.

BAGIAN/3

Metode penyemprotan plasma:

Bubuk TaC dicairkan oleh busur plasma pada suhu tinggi, diatomisasi menjadi tetesan suhu tinggi dengan jet berkecepatan tinggi, dan disemprotkan ke permukaan bahan grafit. Lapisan oksida mudah terbentuk di bawah kondisi non-vakum, dan konsumsi energinya besar.

Bagian grafit berlapis TaC perlu dipecahkan

BAGIAN 1

Kekuatan mengikat:

Koefisien muai panas dan sifat fisik lainnya antara TaC dan bahan karbon berbeda, kekuatan ikatan lapisan rendah, sulit untuk menghindari retakan, pori-pori dan tekanan termal, dan lapisan mudah terkelupas di atmosfer sebenarnya yang mengandung pembusukan dan proses kenaikan dan pendinginan yang berulang-ulang.

BAGIAN 2

Kemurnian:

Lapisan TaC harus memiliki kemurnian sangat tinggi untuk menghindari pengotor dan polusi dalam kondisi suhu tinggi, dan standar kandungan efektif serta standar karakterisasi karbon bebas dan pengotor intrinsik pada permukaan dan bagian dalam lapisan penuh perlu disetujui.

BAGIAN/3

Stabilitas:

Ketahanan suhu tinggi dan ketahanan atmosfer kimia di atas 2300℃ merupakan indikator terpenting untuk menguji stabilitas lapisan. Lubang kecil, retakan, sudut hilang, dan batas butir dengan orientasi tunggal mudah menyebabkan gas korosif menembus dan menembus ke dalam grafit, sehingga mengakibatkan kegagalan perlindungan lapisan.

BAGIAN/4

Resistensi oksidasi:

TaC mulai teroksidasi menjadi Ta2O5 ketika suhunya di atas 500℃, dan laju oksidasi meningkat tajam seiring dengan peningkatan suhu dan konsentrasi oksigen. Oksidasi permukaan dimulai dari batas butir dan butiran kecil, dan secara bertahap membentuk kristal kolumnar dan kristal pecah, menghasilkan banyak celah dan lubang, dan infiltrasi oksigen meningkat hingga lapisan terkelupas. Lapisan oksida yang dihasilkan memiliki konduktivitas termal yang buruk dan tampilan warna yang beragam.

BAGIAN/5

Keseragaman dan kekasaran:

Distribusi permukaan lapisan yang tidak merata dapat menyebabkan konsentrasi tegangan termal lokal, sehingga meningkatkan risiko retak dan terkelupas. Selain itu, kekasaran permukaan secara langsung mempengaruhi interaksi antara lapisan dan lingkungan luar, dan kekasaran yang terlalu tinggi dapat dengan mudah menyebabkan peningkatan gesekan dengan wafer dan medan termal yang tidak merata.

BAGIAN/6

Ukuran butir:

Ukuran butiran yang seragam membantu stabilitas lapisan. Jika ukuran butirnya kecil, ikatannya tidak rapat, mudah teroksidasi dan terkorosi, mengakibatkan banyak retakan dan lubang pada tepi butir, sehingga mengurangi kinerja pelindung lapisan. Jika ukuran butirannya terlalu besar, maka akan relatif kasar, dan lapisannya mudah terkelupas karena tekanan termal.

Kesimpulan dan prospek

Secara umum,Bagian grafit dilapisi TaCdi pasar memiliki permintaan yang besar dan prospek aplikasi yang beragam, saat iniBagian grafit dilapisi TaCarus utama manufaktur adalah mengandalkan komponen CVD TaC. Namun, karena tingginya biaya peralatan produksi CVD TaC dan efisiensi deposisi yang terbatas, bahan grafit berlapis SiC tradisional belum sepenuhnya tergantikan. Metode sintering dapat secara efektif mengurangi biaya bahan baku, dan dapat beradaptasi dengan bentuk bagian grafit yang kompleks, sehingga dapat memenuhi kebutuhan skenario aplikasi yang lebih berbeda.