TaC қапталған графит компоненттерін қолдану және дамыту мәселелері

Кремний карбиді (SiC) пластинаның өсуі жағдайында жылу өрісінде қолданылатын дәстүрлі графиттік материалдар мен көміртекті-көміртекті композиттер 2300°C (Si, SiC₂, Si₂C) күрделі атмосфераға төтеп беруде айтарлықтай қиындықтарға тап болады. Бұл материалдар бір-он пеш циклінен кейін әртүрлі бөлшектерді ауыстыруды қажет ететін қысқа қызмет мерзіміне ие ғана емес, сонымен қатар жоғары температурада сублимация мен ұшпаны бастан кешіреді. Бұл көміртегі қосындыларының және басқа кристалдық ақаулардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Өнеркәсіптік өндіріс шығындарын ескере отырып, жартылай өткізгіш кристалдардың жоғары сапасы мен тұрақты өсуін қамтамасыз ету үшін графит компоненттеріне өте жоғары температураға және коррозияға төзімді керамикалық жабындарды дайындау өте маңызды. Бұл жабындар графит бөліктерінің қызмет ету мерзімін ұзартады, қоспалардың миграциясын тежейді және кристал тазалығын арттырады. SiC эпитаксиалды өсу кезінде SiC қапталған графит негіздері әдетте монокристалды субстраттарды қолдау және жылыту үшін қолданылады. Дегенмен, бұл негіздердің қызмет ету мерзімі әлі де жақсартуды қажет етеді және интерфейстерден SiC шөгінділерін жою үшін мерзімді тазалауды қажет етеді. Салыстырмалы түрде танталКарбидті (TaC) жабындарыкоррозиялық атмосфераға және жоғары температураға жоғары төзімділікті ұсынады, бұл оларды SiC кристалының оңтайлы өсуіне қол жеткізу үшін маңызды технология етеді.

Балқу температурасы 3880°С,TaCжоғары механикалық беріктік, қаттылық және термиялық соққыға төзімділік көрсетеді. Ол аммиак, сутегі және кремнийі бар буларды қамтитын жоғары температура жағдайында тамаша химиялық инерттілікті және термиялық тұрақтылықты сақтайды. Графит (көміртек-көміртекті композициялық) материалдармен қапталғанTaCдәстүрлі жоғары тазалықтағы графит, pBN-жабылған және SiC-қапталған компоненттерді ауыстыру ретінде өте перспективалы болып табылады. Сонымен қатар, аэроғарыш саласында,TaCкең қолдану перспективаларын ұсынатын жоғары температураға тотығуға төзімді және абляцияға төзімді жабын ретінде пайдаланудың маңызды әлеуеті бар. Дегенмен, тығыз, біркелкі және пиллингке қол жеткізуTaC жабыныграфит беттерінде және оның өнеркәсіптік ауқымдағы өндірісін ілгерілетуде бірнеше қиындықтар туындайды. Қаптаманың қорғаныш механизмдерін түсіну, өндіріс процестерін жаңалау және жоғары халықаралық стандарттармен бәсекелесу үшінші буын жартылай өткізгіштердің өсуі мен эпитаксистік дамуы үшін өте маңызды.

Қорытындылай келе, TaC қапталған графит компоненттерін әзірлеу және қолдану SiC пластинасын өсіру технологиясын ілгерілету үшін өте маңызды. Қиындықтарды шешуTaC жабыныдайындау және индустрияландыру жартылай өткізгіш кристалдарының жоғары сапалы өсуін қамтамасыз ету және пайдалануды кеңейту үшін шешуші болады.TaC жабындарыәртүрлі жоғары температура қолданбаларында.

1. TaC қапталған графит компоненттерін қолдану

(1) Тигель, тұқымдық кристал ұстағыш және ағын түтігіSiC және AlN монокристалдарының PVT өсуі

SiC дайындауға арналған физикалық буларды тасымалдау (PVT) әдісі кезінде тұқым кристалы салыстырмалы түрде төмен температуралық аймаққа орналастырылады, ал SiC шикізаты жоғары температура аймағында (2400 ° C жоғары). Шикізат ыдырап, газ тәріздес түрлерді (SiXCy) түзеді, олар жоғары температура аймағынан тұқым кристалы орналасқан төмен температуралы аймаққа тасымалданады. Монокристалдардың түзілуі үшін нуклеация мен өсуді қамтитын бұл процесс жоғары температураға төзімді және SiC шикізаты мен кристалдарын ластамайтын тигельдер, ағынды сақиналар және тұқымдық кристалл ұстағыштар сияқты жылу өрісінің материалдарын қажет етеді. Осындай талаптар AlN монокристалының өсуіне де бар, мұнда қыздыру элементтері Al буы мен N2 коррозиясына қарсы тұруы керек және кристалды дайындау циклін қысқарту үшін жоғары эвтектикалық температураға ие болуы керек.

Зерттеулер көрсеткендей, пайдаланадыTaC қапталған графиттік материалдарSiC және AlN дайындау үшін жылу өрісінде көміртегі, оттегі және азот қоспалары азырақ таза кристалдар пайда болады. Жиектердегі ақаулар барынша азайтылады және әртүрлі аймақтардағы меншікті кедергі, микрокеуектер мен қирату шұңқырларының тығыздығымен бірге кристалл сапасын айтарлықтай жақсартады. Сонымен қатар,TaCтигель елеусіз салмақ жоғалтуды көрсетеді және қайта пайдалануға мүмкіндік береді (200 сағатқа дейін қызмет ету мерзімімен), монокристалды препараттың тұрақтылығы мен тиімділігін арттырады.

(2 ) MOCVD GaN эпитаксиалды қабатының өсуіндегі жылытқыш

MOCVD GaN өсуі жұқа қабықшаларды эпитаксистік жолмен өсіру үшін химиялық бу тұндыру технологиясын пайдалануды қамтиды. Камера температурасының дәлдігі мен біркелкілігі қыздырғышты маңызды құрамдас етеді. Ол ұзақ уақыт бойы субстратты тұрақты және біркелкі қыздырып, коррозиялық газдар астында жоғары температурада тұрақтылықты сақтауы керек.

MOCVD GaN жүйесінің жылытқышының өнімділігі мен қайта өңдеу мүмкіндігін жақсарту үшін,TaC қапталған графитжылытқыштар сәтті енгізілді. pBN жабыны бар дәстүрлі жылытқыштармен салыстырғанда, TaC жылытқыштары кристалдық құрылым, қалыңдықтың біркелкілігі, ішкі ақаулар, қоспа қоспалары және ластану деңгейлері бойынша салыстырмалы өнімділікті көрсетеді. Төмен меншікті кедергі және беттік сәуле шығаруTaC жабынықыздырғыштың тиімділігі мен біркелкілігін арттырып, энергияны тұтынуды және жылудың таралуын азайтады. Қаптаманың реттелетін кеуектілігі қыздырғыштың радиациялық сипаттамаларын одан әрі жақсартады және оның қызмет ету мерзімін ұзартады.TaC қапталған графитжылытқыштар MOCVD GaN өсу жүйелері үшін тамаша таңдау.

Сурет 2. (a) GaN эпитаксиалды өсуіне арналған MOCVD аппаратының схемалық диаграммасы

(b) MOCVD қондырғысында орнатылған, негізді және тіректерді қоспағанда, пішінді TaC жабыны бар графит жылытқышы (кіріктірме қыздыру кезінде негіз мен тіректерді көрсетеді)

(c)GaN эпитаксиалды өсуінің 17 циклінен кейін TaC қапталған графит жылытқышы

(3)Эпитаксиалды жабын науалары (вафельді тасымалдаушылар)

Вафельді тасымалдаушылар SiC, AlN және GaN сияқты үшінші буындағы жартылай өткізгіш пластиналарды дайындауда және эпитаксиалды өсіруде маңызды құрылымдық компоненттер болып табылады. Вафельді тасымалдаушылардың көпшілігі графиттен жасалған және 1100-ден 1600°C-қа дейінгі температура диапазонында жұмыс істейтін технологиялық газдардан коррозияға қарсы тұру үшін SiC-пен қапталған. Қорғаныш жабынының коррозияға қарсы қабілеті тасымалдаушының қызмет ету мерзімі үшін өте маңызды.

Зерттеулер көрсеткендей, TaC коррозиясының жылдамдығы аммиак пен сутегі жоғары температурада SiC қарағанда айтарлықтай баяу.TaC қапталғаннауалар көгілдір GaN MOCVD процестерімен үйлесімдірек және қоспалардың енуіне жол бермейді. пайдалану арқылы өсті LED өнімділігіTaC тасымалдаушыларыдәстүрлі SiC тасымалдаушыларымен салыстыруға боладыTaC қапталғанжоғары қызмет мерзімін көрсететін науалар.

Сурет 3. MOCVD жабдығында (Veeco P75) GaN эпитаксиалды өсуі үшін қолданылатын пластиналар. Сол жақтағы науа TaC, ал оң жақтағы науа SiC қапталған

2. TaC қапталған графит компоненттеріндегі қиындықтар

Адгезия:арасындағы термиялық кеңею коэффициентінің айырмашылығыTaCжәне көміртекті материалдар жабынның адгезиясының төмен беріктігіне әкеледі, бұл оны крекингке, кеуектілікке және термиялық кернеуге бейім етеді, бұл коррозиялық атмосферада жабынның шашырауына және температураның қайталануына әкелуі мүмкін.

Тазалық: TaC жабындарыжоғары температурада қоспаларды енгізбеу үшін өте жоғары тазалықты сақтау керек. Бос көміртекті және жабын ішіндегі меншікті қоспаларды бағалау стандарттарын белгілеу қажет.

Тұрақтылық:2300°C жоғары температураға және химиялық атмосфераға төзімділік өте маңызды. Шұңқырлар, жарықтар және монокристалды түйіршіктер шекаралары сияқты ақаулар коррозиялық газ инфильтрациясына бейім, бұл жабынның бұзылуына әкеледі.

Тотығуға төзімділік:TaC500°С жоғары температурада тотыға бастайды, Ta2O5 түзеді. Тотығу жылдамдығы дәндердің шекаралары мен ұсақ түйіршіктерден бастап, температура мен оттегі концентрациясына қарай артады, бұл жабынның елеулі деградациясына және ақырында шашырауға әкеледі.

Біркелкілік және кедір-бұдырлық: жабынның сәйкес келмеуі жергілікті термиялық кернеуді тудыруы мүмкін, бұл крекинг пен шөгу қаупін арттырады. Бетінің кедір-бұдырлығы сыртқы ортамен өзара әрекеттесуге әсер етеді, жоғары кедір-бұдырлық үйкелістің жоғарылауына және біркелкі емес жылу өрістеріне әкеледі.

Астық мөлшері:Біркелкі түйір өлшемі жабынның тұрақтылығын арттырады, ал кішірек түйіршіктер тотығуға және коррозияға бейім, бұл кеуектіліктің жоғарылауына және қорғаныстың төмендеуіне әкеледі. Үлкенірек дәндер термиялық стресстен туындаған шашырауды тудыруы мүмкін.

3. Қорытынды және болжам

TaC қапталған графит компоненттері айтарлықтай нарықтық сұранысқа және кең қолдану перспективаларына ие. Негізгі өндірісTaC жабындарықазіргі уақытта CVD TaC компоненттеріне сүйенеді, бірақ CVD жабдығының жоғары құны және шектеулі тұндыру тиімділігі дәстүрлі SiC жабыны бар графит материалдарын әлі алмастырған жоқ. Агломерация әдістері шикізат шығындарын тиімді төмендетеді және әртүрлі қолдану қажеттіліктерін қанағаттандыра отырып, күрделі графит пішіндерін орналастырады. AFTech, CGT Carbon GmbH және Toyo Tanso сияқты компаниялар жетілгенTaC жабыныпроцестер мен нарықта үстемдік етеді.

Қытайда дамуыTaC қапталған графит компоненттеріәлі тәжірибелік және ерте индустрияландыру сатысында. Өнеркәсіпті ілгерілету, қазіргі дайындау әдістерін оңтайландыру, жаңа жоғары сапалы TaC жабу процестерін зерттеу және түсінуTaC жабынықорғау механизмдері мен істен шығу режимдері маңызды. КеңейтуTaC жабу қолданбаларығылыми-зерттеу мекемелері мен компанияларынан үздіксіз инновацияны талап етеді. Отандық үшінші буындағы жартылай өткізгіштер нарығы өскен сайын, жоғары өнімді жабындарға сұраныс артып, отандық баламаларды болашақ салалық трендке айналдырады.**