Применение графитовых деталей, покрытых TAC, в монокристаллических печи

ПрименениеГрафитовые детали, покрытые TACв монокристаллических печах

Часть/1

При росте монокристаллов SIC и Aln с использованием метода физического транспорта пара (PVT), важные компоненты, такие как тигабль, держатель семян и направляющее кольцо, играют жизненно важную роль. Как показано на рисунке 2 [1], во время процесса PVT кристалл семян расположен в области более низкой температуры, в то время как сырье SIC подвергается воздействию более высоких температур (выше 2400 ℃). Это приводит к разложению сырья, производящего шестикратные соединения (в первую очередь, включая Si, Sic₂, Si₂c и т. Д.). Затем материал из пара-фазы транспортируется из высокотемпературной области в кристалл семян в низкотемпературной области, что приводит к образованию ядер семян, росту кристаллов и генерации монокристаллов. Следовательно, тепловые полевые материалы, используемые в этом процессе, такие как тигбл, направляющее кольцо потока и держатель кристаллов семян, должны проявлять высокотемпературное сопротивление без загрязнения сырья SIC и монокристаллов. Аналогичным образом, нагревательные элементы, используемые в росте кристаллов Aln, должны выдержать Al Vapor и коррозию N₂, а также обладать высокой эвтектической температурой (с Aln), чтобы уменьшить время препарата кристаллов.

Было замечено, что использование графитовых термополевых материалов с покрытием TaC для получения SiC [2-5] и AlN [2-3] приводит к получению более чистых продуктов с минимальным содержанием углерода (кислорода, азота) и других примесей. Эти материалы имеют меньше краевых дефектов и более низкое удельное сопротивление в каждой области. Кроме того, плотность микропор и ямок травления (после травления КОН) значительно снижается, что приводит к существенному улучшению качества кристаллов. Кроме того, тигель TaC демонстрирует практически нулевую потерю веса, сохраняет неразрушающий внешний вид и может быть переработан (срок службы до 200 часов), что повышает устойчивость и эффективность процессов получения монокристаллов.

ИНЖИР. 2. (а) Принципиальная схема устройства для выращивания слитков монокристалла SiC методом PVT.

(б) Семенный кронштейн с верхним покрытием TAC (включая семена SIC)

(C) Кольцо с графитом с покрытием TAC

Нагреватель для выращивания эпитаксиального слоя MOCVD GaN

ЧАСТЬ/2

В области MOCVD (металлическое операционное химическое осаждение паров) рост GAN, важнейший метод для эпитаксиального роста паров с помощью реакций органометаллического разложения, нагреватель играет жизненно важную роль в достижении точного контроля температуры и однородности в реакционной камере. Как показано на рисунке 3 (а), нагреватель считается основным компонентом оборудования MOCVD. Его способность быстро и равномерно нагреть субстрат в течение длительных периодов (включая повторные циклы охлаждения), выдерживают высокие температуры (сопротивление коррозии газа) и поддерживает чистоту пленки напрямую влияет на качество осаждения пленки, консистенции толщины и производительности чипа.

Чтобы повысить эффективность производительности и утилизации нагревателей в системах роста MoCVD GAN, введение графитовых нагревателей, покрытых TAC, было успешным. В отличие от обычных обогревателей, в которых используются покрытия PBN (нитрид пиролитического бора), эпитаксиальные слои GAN, выращиваемые с использованием нагревателей TAC, демонстрируют почти идентичные кристаллические структуры, однородность толщины, внутреннее образование дефекта, легирование примесь и уровни загрязнения. Более того, покрытие TAC демонстрирует низкое удельное сопротивление и низкую поверхностную излучательную способность, что приводит к повышению эффективности и однородности нагревателя, тем самым снижая потребление энергии и потерю тепла. Управляя параметрами процесса, пористость покрытия может быть скорректирована для дальнейшего повышения характеристик радиации нагревателя и продлить его продолжительность жизни [5]. Эти преимущества устанавливают графитовые обогреватели с TAC как отличный выбор для систем роста MoCVD GAN.

ИНЖИР. 3. (а) Принципиальная схема устройства MOCVD для эпитаксиального роста GaN.

(b) Литой графитовый нагреватель с ТАС-покрытием, установленный в установке MOCVD, за исключением основания и кронштейна (на рисунке показаны основание и кронштейн в режиме нагрева)

(в) Графитовый нагреватель с покрытием TAC после эпитаксиального выращивания 17 GaN. 

Покрытый восприимчик для эпитаксии (носитель пластин)

Часть/3

Носитель пластины, важнейший структурный компонент, используемый при изготовлении полупроводниковых пластин третьего класса, таких как SiC, AlN и GaN, играет жизненно важную роль в процессах роста эпитаксиальных пластин. Держатель пластины, обычно изготовленный из графита, покрыт SiC для защиты от коррозии под воздействием технологических газов в диапазоне эпитаксиальных температур от 1100 до 1600 °C. Коррозионная стойкость защитного покрытия существенно влияет на срок службы подложки. Экспериментальные результаты показали, что TaC демонстрирует скорость коррозии примерно в 6 раз медленнее, чем SiC, при воздействии высокотемпературного аммиака. В высокотемпературной водородной среде скорость коррозии TaC даже более чем в 10 раз медленнее, чем SiC.

Экспериментальные данные показали, что лотки, покрытые TAC, демонстрируют превосходную совместимость в процессе MoCVD Blue Light, без введения примесей. Благодаря ограниченным корректировкам процесса светодиоды, выращиваемые с использованием носителей TAC, демонстрируют сопоставимую производительность и однородность с выращиваемыми с использованием обычных носителей SIC. Следовательно, срок службы перевозчиков пластин, покрытых TAC, превосходит жизнь графитовых носителей без покрытия и SIC.

Фигура. Лоток пластины после использования в устройстве MoCVD, выращенном в Gan, (Veeco P75). Один слева покрыт TAC, а тот, что справа, покрыт SIC.

Способ приготовления обычныйДетали из графита с покрытием TaC

Часть/1

Метод CVD (химическое осаждение из паровой фазы):

При 900-2300 ℃ с использованием TaCl5 и CnHm в качестве источников тантала и углерода, H₂ в качестве восстановительной атмосферы, Ar₂ в качестве газа-носителя, пленки реакционного осаждения. Приготовленное покрытие компактное, однородное и имеет высокую чистоту. Однако существуют некоторые проблемы, такие как сложный процесс, высокая стоимость, сложный контроль воздушного потока и низкая эффективность осаждения.

ЧАСТЬ/2

Метод спекания в сплавке:

Суспензион, содержащий источник углерода, источник тантала, диспергатор и переплет, покрывается графитом и спечен при высокой температуре после сушки. Подготовленное покрытие растет без регулярной ориентации, имеет низкую стоимость и подходит для крупномасштабного производства. Это еще предстоит исследовать для достижения равномерного и полного покрытия на большом графите, устранения дефектов поддержки и усиления силы связывания покрытия.

Часть/3

Метод плазменного напыления:

Порошок TaC плавится плазменной дугой при высокой температуре, распыляется высокоскоростной струей на высокотемпературные капли и распыляется на поверхность графитового материала. Оксидный слой легко сформировать без вакуума, а потребление энергии велико.

ТАК, покрытые графитом, необходимо решить

Часть/1

Сила связывания:

Коэффициент термического расширения и другие физические свойства TaC и углеродных материалов различны, прочность сцепления покрытия низкая, трудно избежать трещин, пор и термического напряжения, а покрытие легко отслаивается в реальной атмосфере, содержащей гниль и повторяющийся процесс подъема и охлаждения.

ЧАСТЬ/2

Чистота:

Покрытие TaC должно иметь сверхвысокую чистоту, чтобы избежать примесей и загрязнений в условиях высоких температур, а также необходимо согласовать эффективные стандарты содержания и стандарты характеристик свободного углерода и внутренних примесей на поверхности и внутри полного покрытия.

Часть/3

Стабильность:

Высокая температурная устойчивость и устойчивость к химической атмосфере выше 2300 ℃ являются наиболее важными показателями для проверки стабильности покрытия. Охоты, трещины, отсутствующие углы и границы зерен с одной ориентацией легко привести к тому, что коррозионные газы проникают и проникают в графит, что приводит к сбое защиты покрытия.

Часть/4

Устойчивость к окислению:

TAC начинает окислять до TA2O5, когда он выше 500 ℃, а скорость окисления резко увеличивается с повышением температуры и концентрации кислорода. Поверхностное окисление начинается с границ зерна и небольших зерен и постепенно образует столбчатые кристаллы и сломанные кристаллы, что приводит к большому количеству пробелов и отверстий, а интенсивность кислорода усиливается до тех пор, пока покрытие не будет разряжено. Полученный слой оксида имеет плохую теплопроводность и различные цвета по внешнему виду.

ЧАСТЬ/5

Однородность и шероховатость:

Неравномерное распределение поверхности покрытия может привести к локальной концентрации теплового напряжения, увеличивая риск растрескивания и прокола. Кроме того, шероховатость поверхности непосредственно влияет на взаимодействие между покрытием и внешней средой, и слишком высокая шероховатость легко приводит к увеличению трения с пластиной и неровным тепловым полем.

ЧАСТЬ/6

Размер зерна:

Размер единого зерна помогает устойчивости покрытия. Если размер зерна невелик, связь не является плотной, и ее легко окисровать и коррозировать, что приводит к большому количеству трещин и отверстий в краю зерна, что снижает защитные характеристики покрытия. Если размер зерна слишком велик, оно относительно грубое, а покрытие легко отступать под тепловым напряжением.

Заключение и перспектива

В общем,Графитовые детали с покрытием TACна рынке имеет огромный спрос и широкий спектр перспектив применения, текущийДетали из графита с покрытием TaCОсновным направлением производства является использование компонентов CVD TaC. Однако из-за высокой стоимости оборудования для производства TaC CVD и ограниченной эффективности осаждения традиционные графитовые материалы с покрытием SiC не были полностью заменены. Метод спекания может эффективно снизить стоимость сырья и адаптироваться к сложным формам графитовых деталей, чтобы удовлетворить потребности более различных сценариев применения.