Anwendung von TAC-beschichteten Graphitenteilen in Einkristallöfen

Anwendung vonTAC-beschichtete Graphitenteilein Einkristallöfen

TEIL/1

Im Wachstum von SIC- und ALN -Einzelkristallen unter Verwendung der PVT -Methode (Physical Dampor Transport) spielen entscheidende Komponenten wie Tiegel, Samenhalter und Führungsring eine wichtige Rolle. Wie in Abbildung 2 [1] dargestellt, wird während des PVT -Verfahrens der Samenkristall im niedrigeren Temperaturbereich positioniert, während der SIC -Rohstoff höheren Temperaturen ausgesetzt ist (über 2400 ℃). Dies führt zur Zersetzung des Rohstoffs und erzeugt Sechscy -Verbindungen (hauptsächlich einschließlich Si, Sic₂, Si₂c usw.). Das Dampfphasenmaterial wird dann von der Hochtemperaturregion zum Samenkristall in der Niedertemperaturregion transportiert, was zur Bildung von Samenkern, Kristallwachstum und Erzeugung von Einkristallen führt. Daher müssen die in diesem Verfahren verwendeten thermischen Feldmaterialien wie der Tiegel, den Durchflussführer und der Samenkristallhalter einen hohen Temperaturwiderstand aufweisen, ohne die SIC-Rohstoffe und Einkristalle zu kontaminieren. In ähnlicher Weise müssen die im Aln -Kristallwachstum verwendeten Heizelemente Al -Dampf und N₂ -Korrosion standhalten und gleichzeitig eine hohe eutektische Temperatur (mit ALN) besitzen, um die Kristallvorbereitungszeit zu verkürzen.

Es wurde beobachtet, dass die Verwendung von TAC-beschichteten Graphit-Thermofeldmaterialien zur Herstellung von SIC [2-5] und ALN [2-3] zu saubereren Produkten mit minimalem Kohlenstoff (Sauerstoff, Stickstoff) und anderen Verunreinigungen führt. Diese Materialien weisen in jeder Region weniger Kantendefekte und einen geringeren Widerstand auf. Darüber hinaus ist die Dichte von Mikroporen und Ätzengruben (nach Koh -Ätzung) signifikant verringert, was zu einer erheblichen Verbesserung der Kristallqualität führt. Darüber hinaus zeigt der TAC Crucible einen fast Null-Gewichtsverlust, behält ein nicht zerstörerisches Erscheinungsbild bei und kann recycelt werden (mit einer Lebensdauer von bis zu 200 Stunden), wodurch die Nachhaltigkeit und Effizienz von Einkristallvorbereitungsprozessen verbessert wird.

FEIGE. 2. (a) Schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Züchten von SiC-Einkristallbarren mittels PVT-Methode

(b) Obere TaC-beschichtete Saathalterung (einschließlich SiC-Saatgut)

(c) TAC-beschichtete Graphit-Führungsring

MOCVD-GaN-Epitaxieschicht-Wachstumsheizer

Teil/2

Im Bereich des MOCVD-GaN-Wachstums (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition), einer entscheidenden Technik für das epitaktische Dampfwachstum dünner Filme durch metallorganische Zersetzungsreaktionen, spielt die Heizung eine entscheidende Rolle bei der Erzielung einer präzisen Temperaturkontrolle und Gleichmäßigkeit innerhalb der Reaktionskammer. Wie in Abbildung 3 (a) dargestellt, gilt die Heizung als Kernkomponente der MOCVD-Anlage. Seine Fähigkeit, das Substrat über längere Zeiträume (einschließlich wiederholter Abkühlzyklen) schnell und gleichmäßig zu erwärmen, hohen Temperaturen standzuhalten (Gaskorrosion zu widerstehen) und die Filmreinheit aufrechtzuerhalten, wirkt sich direkt auf die Qualität der Filmabscheidung, die Dickenkonsistenz und die Chipleistung aus.

Um die Leistung und die Recyclingeffizienz von Heizungen in MOCVD-GaN-Wachstumssystemen zu verbessern, war die Einführung von TAC-beschichteten Graphitheizungen erfolgreich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizungen, die PBN (pyrolytische Bornitrid-) Beschichtungen verwenden, weisen GaN -epitaxiale Schichten, die mit TAC -Heizungen gezüchtet wurden, nahezu identische Kristallstrukturen, die Gleichmäßigkeit der Dicke, die Bildung von intrinsischen Defekten, eine Verunreinigungsdotierung und Kontaminationsniveaus auf. Darüber hinaus zeigt die TAC -Beschichtung einen geringen Widerstand und einen geringen Oberflächenemissionsvermögen, was zu einer verbesserten Effizienz und Gleichmäßigkeit der Heizung führt, wodurch der Stromverbrauch und der Wärmeverlust verringert werden. Durch die Kontrolle der Prozessparameter kann die Porosität der Beschichtung eingestellt werden, um die Strahlungseigenschaften der Heizung weiter zu verbessern und ihre Lebensdauer zu verlängern [5]. Diese Vorteile stellen TAC-beschichtete Graphitheizungen als hervorragende Wahl für MOCVD-GaN-Wachstumssysteme ein.

FEIGE. 3. (a) Schematische Darstellung eines MOCVD-Geräts für das epitaktische Wachstum von GaN

(b) Form mit geformtem TAC-beschichteten Graphitheizung, die im MOCVD-Setup mit Ausnahme von Basis und Halterung installiert sind (Abbildung mit Basis und Klammer beim Erhitzen)

(c) TAC-beschichteter Graphitheizer nach 17-GaN-Epitaxiewachstum. 

Beschichteter Suszeptor für die Epitaxie (Waferträger)

TEIL/3

Der Waferträger, eine entscheidende strukturelle Komponente, die bei der Herstellung von Halbleiter-Wafern der dritten Klasse verwendet wird, wie SIC, ALN und GAN, spielt eine wichtige Rolle bei epitaxialen Wafer-Wachstumsprozessen. In der Regel aus Graphit, wird der Waferträger mit SIC beschichtet, um Korrosion von Prozessgasen innerhalb eines epitaxialen Temperaturbereichs von 1100 bis 1600 ° C zu widerstehen. Die Korrosionsresistenz der Schutzbeschichtung wirkt sich signifikant auf die Lebensdauer des Waferträgers aus. Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass TAC eine Korrosionsrate ungefähr 6-mal langsamer als sic aufweist, wenn sie einem Hochtemperaturammoniak ausgesetzt ist. In Hochtemperatur-Wasserstoffumgebungen ist die Korrosionsrate von TAC sogar mehr als 10-mal langsamer als sic.

Experimentelle Nachweise haben gezeigt, dass die mit TAC beschichteten Tabletts eine hervorragende Kompatibilität im Blue Light GaN MocvD -Prozess aufweisen, ohne Verunreinigungen einzuführen. Mit begrenzten Prozessanpassungen zeigen LEDs, die unter Verwendung von TAC -Trägern angebaut werden, eine vergleichbare Leistung und Gleichmäßigkeit für diejenigen, die mit herkömmlichen SIC -Trägern angebaut werden. Infolgedessen übertrifft die Lebensdauer von TAC-beschichteten Waferträgern die von unbeschichteten und sic-beschichteten Graphitenträgern.

Figur. Wafertablett nach Verwendung in GaN epitaxial angebautem MOCVD -Gerät (VEECO P75). Der links ist mit TAC beschichtet und der rechts mit SIC beschichtet.

Vorbereitungsmethode der gemeinsamenTAC beschichtete Graphitenteile

TEIL/1

CVD-Methode (Chemical Vapour Deposition):

Bei 900-2300℃, unter Verwendung von TaCl5 und CnHm als Tantal- und Kohlenstoffquellen, H₂ als reduzierende Atmosphäre, Ar₂als Trägergas, Reaktionsabscheidungsfilm. Die vorbereitete Beschichtung ist kompakt, gleichmäßig und von hoher Reinheit. Es gibt jedoch einige Probleme wie komplizierte Prozesse, hohe Kosten, schwierige Luftstromsteuerung und geringe Abscheidungseffizienz.

Teil/2

Slurry-Sinterverfahren:

Die Aufschlämmung, die Kohlenstoffquelle, Tantal -Quelle, Dispergiermittel und Bindemittel enthält, ist auf dem Graphit beschichtet und nach dem Trocknen bei hoher Temperatur gesintert. Die vorbereitete Beschichtung wächst ohne regelmäßige Ausrichtung, hat niedrige Kosten und eignet sich für eine großflächige Produktion. Es bleibt noch zu untersuchen, um eine gleichmäßige und vollständige Beschichtung auf großen Graphiten zu erreichen, Stützfehler zu beseitigen und die Bindungskraft der Beschichtung zu verbessern.

TEIL/3

Plasmaspritzverfahren:

TAC-Pulver wird durch Plasma-Bogen bei hoher Temperatur geschmolzen, durch Hochgeschwindigkeitsstrahl in Hochtemperatur-Tröpfchen und auf die Oberfläche von Graphitmaterial gesprüht. Es ist leicht, unter Nicht-Vakuum eine Oxidschicht zu bilden, und der Energieverbrauch ist groß.

TaC-beschichtete Graphitteile müssen gelöst werden

TEIL/1

Bindungskraft:

Der thermische Expansionskoeffizient und andere physikalische Eigenschaften zwischen TAC- und Kohlenstoffmaterialien sind unterschiedlich, die Beschichtungsbindungsfestigkeit ist gering, es ist schwierig, Risse, Poren und thermische Spannung zu vermeiden, und die Beschichtung ist in der tatsächlichen Atmosphäre, die FORT und leicht enthält, leicht abzuwehren wiederholter Anstiegs- und Kühlprozess.

Teil/2

Reinheit:

Die TAC-Beschichtung muss ultrahohe Reinheit sein, um Verunreinigungen und Verschmutzungen unter hohen Temperaturbedingungen zu vermeiden, und die effektiven Inhaltsstandards und Charakterisierungsstandards von freiem Kohlenstoff und intrinsischen Verunreinigungen auf der Oberfläche und innerhalb der gesamten Beschichtung müssen vereinbart werden.

TEIL/3

Stabilität:

Hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Atmosphärenbeständigkeit über 2300℃ sind die wichtigsten Indikatoren zur Prüfung der Stabilität der Beschichtung. Nadellöcher, Risse, fehlende Ecken und Korngrenzen mit einer einzigen Ausrichtung können leicht dazu führen, dass korrosive Gase in den Graphit eindringen und eindringen, was zu einem Versagen des Beschichtungsschutzes führt.

TEIL/4

Oxidationsresistenz:

TaC beginnt zu Ta2O5 zu oxidieren, wenn es über 500℃ liegt, und die Oxidationsrate steigt mit steigender Temperatur und Sauerstoffkonzentration stark an. Die Oberflächenoxidation beginnt an den Korngrenzen und kleinen Körnern und bildet nach und nach säulenförmige und gebrochene Kristalle, was zu einer großen Anzahl von Lücken und Löchern führt und die Sauerstoffinfiltration verstärkt, bis die Beschichtung abgestreift wird. Die resultierende Oxidschicht weist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit und ein vielfältiges Erscheinungsbild auf.

TEIL/5

Gleichmäßigkeit und Rauheit:

Eine ungleichmäßige Verteilung der Beschichtungsoberfläche kann zu einer lokalen thermischen Spannungskonzentration führen, wodurch das Risiko von Rissen und Abbrüchen erhöht wird. Darüber hinaus beeinflusst die Oberflächenrauheit die Wechselwirkung zwischen der Beschichtung und der externen Umgebung und führt zu einer zu hohen Rauheit leicht zu einer erhöhten Reibung mit dem Wafer und dem ungleichmäßigen thermischen Feld.

TEIL/6

Körnung:

Die gleichmäßige Korngröße trägt zur Stabilität der Beschichtung bei. Wenn die Korngröße klein ist, ist die Bindung nicht fest und es kann leicht oxidieren und korrodieren, was zu einer großen Anzahl von Rissen und Löchern in der Kornkante führt, was die Schutzleistung der Beschichtung verringert. Ist die Körnung zu groß, ist sie relativ rau und die Beschichtung platzt bei thermischer Belastung leicht ab.

Fazit und Ausblick

Im Allgemeinen,TaC-beschichtete GraphitteileAuf dem Markt hat eine enorme Nachfrage und eine breite Palette von Anwendungsaussichten, die aktuelleTAC beschichtete GraphitenteileDas Herstellung von Mainstream besteht darin, sich auf CVD -TAC -Komponenten zu verlassen. Aufgrund der hohen Kosten für CVD -TAC -Produktionsausrüstung und der begrenzten Ablagerungseffizienz wurden jedoch traditionelle, beschichtete Graphitmaterialien nicht vollständig ersetzt. Die Sintermethode kann die Kosten für Rohstoffe effektiv reduzieren und sich an komplexe Formen von Graphitenteilen anpassen, um die Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien zu erfüllen.