TAC dengtų grafito dalių taikymas vienos kristalų krosnyse

TaikymasTAC dengtos grafito dalysvienos krištolo krosnys

Dalis/1

Auginant SiC ir AlN pavienius kristalus, naudojant fizinio garų pernešimo (PVT) metodą, esminiai komponentai, tokie kaip tiglis, sėklų laikiklis ir kreipiamasis žiedas, atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį. Kaip pavaizduota 2 paveiksle [1], PVT proceso metu sėklinis kristalas yra žemesnės temperatūros srityje, o SiC žaliava yra veikiama aukštesnės temperatūros (virš 2400 ℃). Dėl to žaliava suyra ir susidaro SiXCy junginiai (daugiausia įskaitant Si, SiC₂, Si2C ir kt.). Tada garų fazės medžiaga transportuojama iš aukštos temperatūros srities į sėklinį kristalą žemos temperatūros regione, todėl susidaro sėklų branduoliai, auga kristalai ir susidaro pavieniai kristalai. Todėl šiame procese naudojamos šiluminio lauko medžiagos, tokios kaip tiglis, srauto kreiptuvo žiedas ir sėklų kristalų laikiklis, turi būti atsparios aukštai temperatūrai, neužteršdamos SiC žaliavų ir pavienių kristalų. Panašiai AlN kristalų auginimui naudojami kaitinimo elementai turi atlaikyti Al garų ir N2 koroziją, taip pat turėti aukštą eutektinę temperatūrą (su AlN), kad sutrumpėtų kristalų paruošimo laikas.

Pastebėta, kad naudojant TaC dengtas grafito šiluminio lauko medžiagas SiC [2-5] ir AlN [2-3] gamybai, gaunami švaresni produktai su minimaliu anglies (deguonies, azoto) ir kitų priemaišų kiekiu. Šios medžiagos turi mažiau briaunų defektų ir mažesnę varžą kiekviename regione. Be to, žymiai sumažėja mikroporų ir ėsdinimo duobių tankis (po KOH ėsdinimo), todėl kristalų kokybė labai pagerėjo. Be to, TaC tiglis beveik nepraranda svorio, išlaiko neardomąją išvaizdą ir gali būti perdirbamas (iki 200 valandų), taip padidinant monokristalų paruošimo procesų tvarumą ir efektyvumą.

Fig. 2. (a) SiC monokristalinio luito auginimo įrenginio PVT metodu schema

b) viršutinis TaC padengtas sėklų laikiklis (įskaitant SiC sėklas)

c) TAC dengtas grafito kreipiamojo žiedas

MOCVD GaN epitaksinio sluoksnio augimo šildytuvas

DALIS/2

MOCVD (metalo-organinio cheminio garų nusėdimo) augimo srityje GAN augimas-esminis garų epitaksinio plonų plėvelių augimo technika per organometalinius skilimo reakcijas, šildytuvas vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį siekiant tikslios temperatūros kontrolės ir vienodumo reakcijos kameroje. Kaip parodyta 3 paveiksle (a), šildytuvas laikomas pagrindiniu MOCVD įrangos komponentu. Jo gebėjimas greitai ir tolygiai šildyti substratą ilgą laiką (įskaitant pakartotinius aušinimo ciklus), atlaiko aukštą temperatūrą (priešinasi dujų korozijai) ir palaikant plėvelės grynumą, tiesiogiai veikia plėvelės nusėdimo, storio konsistencijos ir lusto efektyvumo kokybę.

Siekiant pagerinti šildytuvų veikimą ir perdirbimo efektyvumą MOCVD GaN augimo sistemose, sėkmingai pristatyti TaC dengti grafito šildytuvai. Skirtingai nuo įprastų šildytuvų, kuriuose naudojamos pBN (pirolitinės boro nitrido) dangos, GaN epitaksiniai sluoksniai, auginami naudojant TaC šildytuvus, turi beveik identiškas kristalų struktūras, storio vienodumą, būdingų defektų susidarymą, priemaišų dopingą ir užterštumo lygius. Be to, TaC danga pasižymi maža varža ir žema paviršiaus spinduliuote, todėl šildytuvo efektyvumas ir vienodumas yra geresnis, todėl sumažėja energijos sąnaudos ir šilumos nuostoliai. Reguliuojant proceso parametrus, dangos poringumą galima reguliuoti taip, kad dar labiau pagerėtų šildytuvo spinduliuotės charakteristikos ir pailgėtų jo tarnavimo laikas [5]. Dėl šių privalumų TaC dengti grafito šildytuvai yra puikus pasirinkimas MOCVD GaN augimo sistemoms.

Fig. 3. a) MOCVD įrenginio schema, skirta GAN epitaksiniam augimui

(B) MOCVD sąrankoje sumontuotas suformuotas TAC dengtas grafito šildytuvas, išskyrus bazę ir laikiklį (iliustracija, rodanti pagrindą ir laikiklį šildant)

(C) TAC dengtas grafito šildytuvas po 17 GAN epitaksinio augimo. 

Dengtas epitaksijos susceptorius (vaflių nešiklis)

DALIS/3

Vaflių laikiklis, esminis struktūrinis komponentas, naudojamas ruošiant trečios klasės puslaidininkių vaflius, tokius kaip SIC, Aln ir Gan, vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį epitaksiniame vaflių augimo procesuose. Paprastai pagamintas iš grafito, vaflių laikiklis yra padengtas SIC, kad būtų atsparus korozijai iš proceso dujų, esančių epitaksiniame temperatūros diapazone nuo 1100 iki 1600 ° C. Apsauginės dangos atsparumas korozijai daro didelę įtaką vaflių laikiklio gyvenimo trukmei. Eksperimentiniai rezultatai parodė, kad TAC yra maždaug 6 kartus lėčiau nei SIC, kai veikiama aukštos temperatūros amoniako, korozijos greitis. Aukštos temperatūros vandenilio aplinkoje TAC korozijos greitis yra dar daugiau nei 10 kartų lėtesnis nei SIC.

Eksperimentiniai įrodymai parodė, kad padėklai, padengti TaC, puikiai suderinami mėlynos šviesos GaN MOCVD procese, neįtraukiant priemaišų. Naudojant ribotus proceso koregavimus, šviesos diodai, auginami naudojant TaC laikiklius, demonstruoja panašų našumą ir vienodumą, kaip ir tie, kurie auginami naudojant įprastus SiC nešiklius. Vadinasi, TaC dengtų plokštelių laikiklių tarnavimo laikas pranoksta nepadengtų ir SiC dengtų grafito laikiklių tarnavimo laiką.

Paveikslas. Vaflių padėklas po naudojimo GaN epitaksiniu būdu auginamame MOCVD įrenginyje (Veeco P75). Kairėje esantis yra padengtas TaC, o dešinėje - SiC.

Bendrojo paruošimo metodasTAC padengtos grafito dalys

Dalis/1

CVD (cheminio garų nusėdimo) metodas:

Esant 900-2300 ℃ temperatūrai, naudojant TaCl5 ir CnHm kaip tantalo ir anglies šaltinius, H2 kaip redukuojančią atmosferą, Ar₂as nešančias dujas, reakcijos nusodinimo plėvelę. Paruošta danga yra kompaktiška, vienoda ir didelio grynumo. Tačiau yra keletas problemų, tokių kaip sudėtingas procesas, brangios išlaidos, sudėtingas oro srauto valdymas ir mažas nusodinimo efektyvumas.

DALIS/2

Srutų sukepinimo metodas:

Srutas, kuriame yra anglies šaltinis, tantalum šaltinis, dispersantas ir segtuvas, yra padengtas grafite ir sukepinama aukštoje temperatūroje po džiovinimo. Paruošta danga auga be įprastos orientacijos, yra maža ir ji tinka didelio masto gamybai. Belieka ištirti, kaip pasiekti vienodą ir pilną dangą dideliame grafite, pašalinti atraminius defektus ir sustiprinti dangos surišimo jėgą.

DALIS/3

Purškimo plazmoje metodas:

TaC milteliai išlydomi plazmos lanku aukštoje temperatūroje, didelio greičio srove purškiami į aukštos temperatūros lašelius ir purškiami ant grafito medžiagos paviršiaus. Lengva formuoti oksido sluoksnį ne vakuume, o energijos sąnaudos yra didelės.

TAC padengtos grafito dalys turi būti išspręstos

Dalis/1

Įrišimo jėga:

Šiluminio plėtimosi koeficientas ir kitos fizinės savybės tarp TaC ir anglies medžiagų skiriasi, dangos sukibimo stipris yra mažas, sunku išvengti įtrūkimų, porų ir šiluminio įtempio, o dangą lengva nulupti tikroje atmosferoje, kurioje yra puvimo ir pakartotinis kilimo ir aušinimo procesas.

DALIS/2

Grynumas:

TAC danga turi būti ypač aukšto grynumo, kad būtų išvengta priemaišų ir taršos aukštos temperatūros sąlygomis, ir reikia susitarti dėl veiksmingų laisvosios anglies ir vidinių priemaišų paviršiaus ir visos dangos apibūdinimo standartų.

DALIS/3

Stabilumas:

Aukštas atsparumas temperatūrai ir cheminės atmosferos atsparumas virš 2300 ℃ yra svarbiausi rodikliai, rodantys dangos stabilumą. Kinešos, įtrūkimai, trūkstami kampai ir vienos orientacijos grūdų ribos lengva sukelti ėsdinančias dujas prasiskverbti ir prasiskverbti į grafitą, todėl apsaugo nuo dangos.

Dalis/4

Atsparumas oksidacijai:

TAC pradeda oksiduoti iki TA2O5, kai jis yra didesnis nei 500 ℃, o oksidacijos greitis smarkiai padidėja padidėjus temperatūrai ir deguonies koncentracijai. Paviršiaus oksidacija prasideda nuo grūdų ribų ir mažų grūdų, palaipsniui sudaro stulpelius ir sulaužytus kristalus, todėl susidaro daugybė tarpų ir skylių, o deguonies infiltracija sustiprėja, kol danga bus pašalinta. Gautas oksido sluoksnis turi blogą šilumos laidumą ir įvairių spalvų.

DALIS/5

Vienodumas ir šiurkštumas:

Netolygus dangos paviršiaus pasiskirstymas gali sukelti vietinę šiluminio įtempio koncentraciją, padidindama įtrūkimo ir spragos riziką. Be to, paviršiaus šiurkštumas daro tiesioginį poveikį dangos ir išorinės aplinkos sąveikai, o per didelis šiurkštumas lengvai lemia padidėjusią trintį su vafliniu ir nelygiu šiluminiu lauku.

DALIS/6

Grūdų dydis:

Vienodas grūdelių dydis užtikrina dangos stabilumą. Jei grūdelių dydis yra mažas, sukibimas nėra sandarus, jį lengva oksiduoti ir korozuoti, todėl grūdelių krašte susidaro daug įtrūkimų ir skylių, o tai sumažina apsaugines dangos savybes. Jei grūdelių dydis yra per didelis, jis yra gana grubus, o dangą lengva nulupti dėl šiluminio įtempimo.

Išvada ir perspektyva

Apskritai,TaC dengtos grafito dalysRinkoje yra didžiulė paklausa ir daugybė taikymo perspektyvų, dabartinėTAC padengtos grafito dalysPagrindinė gamybos kryptis yra pasikliauti CVD TaC komponentais. Tačiau dėl didelių CVD TaC gamybos įrangos sąnaudų ir riboto nusodinimo efektyvumo tradicinės SiC dengtos grafito medžiagos nebuvo visiškai pakeistos. Sukepinimo metodas gali veiksmingai sumažinti žaliavų kainą ir prisitaikyti prie sudėtingų grafito dalių formų, kad atitiktų daugiau skirtingų taikymo scenarijų.