Su kokiais iššūkiais susiduria CVD TaC dengimo procesas, skirtas SiC monokristalų augimui puslaidininkių apdirbimo metu?

Įvadas

Sparčiai tobulėjant naujoms energetinėms transporto priemonėms, 5G komunikacijoms ir kitoms sritims, didėja galios elektroninių prietaisų veikimo reikalavimai. Kaip naujos kartos plataus diapazono puslaidininkinės medžiagos, silicio karbidas (SiC) tapo pirmenybė teikiama galios elektroninių prietaisų medžiaga, pasižyminčia puikiomis elektrinėmis savybėmis ir terminiu stabilumu. Tačiau SiC monokristalų augimo procesas susiduria su daugybe iššūkių, tarp kurių vienas iš pagrindinių veiksnių yra šiluminio lauko medžiagų veikimas. Kaip naujo tipo šiluminio lauko medžiaga, CVD TaC danga tapo veiksmingu būdu išspręsti SiC monokristalų augimo problemą dėl puikaus atsparumo aukštai temperatūrai, atsparumo korozijai ir cheminio stabilumo. Šiame straipsnyje bus nuodugniai ištirti CVD TaC dangos privalumai, proceso charakteristikos ir taikymo perspektyvos augant SiC monokristalams.

Pramonės pagrindas

1. Platus SiC monokristalų pritaikymas ir problemos, su kuriomis jie susiduria gamybos procese

SIC vienviečiai krištolo medžiagos gerai veikia aukštoje temperatūroje, aukšto slėgio ir aukšto dažnio aplinkoje ir yra plačiai naudojamos elektrinėse transporto priemonėse, atsinaujinančios energijos ir didelio efektyvumo maitinimo šaltiniuose. Remiantis rinkos tyrimais, tikimasi, kad SIC rinkos dydis iki 2030 m. Pasieks 9 milijardus JAV dolerių, o vidutinis metinis augimo tempas bus didesnis nei 20%. Dėl pranašesnio SIC našumo jis yra svarbus pagrindas naujos kartos galios elektroniniams prietaisams. Tačiau augant SiC pavieniams kristalams, šiluminės lauko medžiagos susiduria su ekstremalios aplinkos, tokios kaip aukšta temperatūra, aukštas slėgis ir korozinės dujos, bandymą. Tradicinės šiluminio lauko medžiagos, tokios kaip grafitas ir silicio karbidas, lengvai oksiduojamos ir deformuojamos aukštoje temperatūroje, ir reaguoja su augimo atmosfera, turinčia įtakos kristalo kokybei.

2. CVD TAC dangos, kaip šiluminio lauko medžiagos, svarba

CVD TaC danga gali užtikrinti puikų stabilumą aukštoje temperatūroje ir korozinėje aplinkoje, todėl ji yra nepakeičiama medžiaga SiC monokristalams augti. Tyrimai parodė, kad TaC danga gali efektyviai prailginti šiluminio lauko medžiagų tarnavimo laiką ir pagerinti SiC kristalų kokybę. TaC danga gali išlikti stabili ekstremaliomis sąlygomis iki 2300 ℃, išvengiant substrato oksidacijos ir cheminės korozijos.

Temos apžvalga

1. Pagrindiniai CVD TaC dangos principai ir privalumai

CVD TaC danga susidaro reaguojant ir nusodinant tantalo šaltinį (pvz., TaCl5) su anglies šaltiniu esant aukštai temperatūrai, ji turi puikų atsparumą aukštai temperatūrai, atsparumą korozijai ir gerą sukibimą. Jo tanki ir vienoda dangos struktūra gali veiksmingai užkirsti kelią substrato oksidacijai ir cheminei korozijai.

2. CVD TAC dangos proceso techniniai iššūkiai

Nors „CVD TAC“ danga turi daug pranašumų, jo gamybos procese vis dar yra techninių iššūkių, tokių kaip medžiagų grynumo valdymas, proceso parametrų optimizavimas ir sukibimas į dangą.

I dalis. Pagrindinis CVD TaC dangos vaidmuo

● Aukštos temperatūros atsparumas

TaC lydymosi temperatūra ir termocheminis stabilumas: TaC lydymosi temperatūra yra didesnė nei 3000 ℃, todėl jis stabilus esant ekstremalioms temperatūroms, o tai labai svarbu SiC monokristalų augimui.

Ekstremalios temperatūros aplinkos našumas SiC vieno kristalų augimo metu **: Tyrimai parodė, kad TAC danga gali efektyviai užkirsti kelią substrato oksidacijai aukštos temperatūros aplinkoje 900–2300 ℃, tokiu būdu užtikrinant SIC kristalų kokybę.

● Korozijos atsparumastance

„TAC CATION“ apsauginis poveikis cheminiam erozijai silicio karbido reakcijos aplinkoje: TAC gali efektyviai blokuoti reagentų, tokių kaip SI ir SIC₂, eroziją ant substrato, prailgindamas šiluminių lauko medžiagų tarnavimo laiką.

● Nuoseklumo ir tikslumo reikalavimai

Dengimo vienodumo ir storio valdymo būtinybė: Vienodas dangos storis yra labai svarbus kristalų kokybei, o bet koks nelygumas gali sukelti šiluminės įtempių koncentraciją ir įtrūkimų formavimąsi.

Tantalo karbido (TAC) dengimas ant mikroskopinio skerspjūvio

II dalis. Pagrindiniai CVD TaC dengimo proceso iššūkiai

● Medžiagos šaltinis ir grynumo valdymas

Didelio grynumo tantalo žaliavų kainos ir tiekimo grandinės problemos: Tantalo žaliavų kaina labai svyruoja, o tiekimas yra nestabilus, o tai turi įtakos gamybos sąnaudoms.

Kaip medžiagos pėdsakų priemaišos veikia dangos našumą: priemaišos gali pablogėti dangos našumui, taip paveikti SIC kristalų kokybę.

● Proceso parametrų optimizavimas

Tikslus dangos temperatūros, slėgio ir dujų srauto valdymas: Šie parametrai turi tiesioginės įtakos dangos kokybei ir turi būti tiksliai reguliuojami, kad būtų užtikrintas geriausias nusėdimo efektas.

Kaip išvengti didelio ploto substratų dangos defektų: Defektai dažnai atsiranda nusodinant dideliame plote, todėl reikia sukurti naujas technines priemones, kad būtų galima stebėti ir koreguoti nusodinimo procesą.

● Dengimo sukibimas

Sunkumai optimizuojant TaC dangos ir pagrindo sukibimą: skirtingų medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumai gali lemti sukibimą, o norint sustiprinti sukibimą, reikia patobulinti klijus arba nusodinimo procesus.

Galimas pavojus ir atsakomosios priemonės, susijusios su dangos atskyrimu. Atskyrimas gali sukelti gamybos nuostolius, todėl būtina sukurti naujus klijus arba naudoti kompozicines medžiagas, kad padidintumėte sukibimo stiprumą.

● Įrangos priežiūra ir proceso stabilumas

CVD proceso įrangos sudėtingumo ir priežiūros išlaidos: Įranga yra brangi ir sunkiai prižiūrimi, o tai padidina bendrą gamybos sąnaudas.

Nuoseklumo problemos atliekant ilgalaikį procesą: Ilgalaikis veikimas gali sukelti našumo svyravimus, o įrangai reikia reguliariai kalibruoti, kad būtų užtikrinta nuoseklumas.

● Aplinkos apsauga ir išlaidų kontrolė

Šalutinių produktų (pvz., chloridų) apdorojimas dengimo metu: išmetamąsias dujas reikia veiksmingai apdoroti, kad jos atitiktų aplinkos apsaugos standartus, o tai padidina gamybos sąnaudas.

Kaip subalansuoti aukštą našumą ir ekonominę naudą: gamybos sąnaudų sumažinimas užtikrinant, kad dangos kokybė yra svarbus iššūkis, su kuriuo susiduria pramonė.

III dalis: Pramonės sprendimai ir pažangūs tyrimai

● Nauja proceso optimizavimo technologija

Norėdami pasiekti aukštesnį tikslumą, naudokite išplėstinius CVD valdymo algoritmus: naudojant algoritmo optimizavimą, galima patobulinti nusodinimo greitį ir vienodumą, taip pagerinant gamybos efektyvumą.

Įdiegus naujas dujų formules ar priedus, siekiant pagerinti dangos efektyvumą: Tyrimai parodė, kad pridėjus specifinių dujų, gali pagerinti dangos adheziją ir antioksidacines savybes.

●  Proveržis medžiagų tyrimų ir plėtros srityje

TAC veikimo pagerinimas naudojant nanostruktūrizuotą dangos technologiją: Nanostruktūros gali žymiai pagerinti TAC dangų atsparumą ir nusidėvėjimą, taip padidindamas jų veikimą ekstremaliomis sąlygomis.

Sintetinės alternatyvios dangos medžiagos (pvz., kompozicinė keramika): naujos kompozicinės medžiagos gali užtikrinti geresnes savybes ir sumažinti gamybos sąnaudas.

● Automatizavimas ir skaitmeninės gamyklos

Proceso stebėjimas naudojant dirbtinio intelekto ir jutiklių technologiją: Stebėjimas realiuoju laiku gali laiku sureguliuoti proceso parametrus ir pagerinti gamybos efektyvumą.

Pagerinkite gamybos efektyvumą ir sumažinkite išlaidas: automatizavimo technologija gali sumažinti rankinį įsikišimą ir pagerinti bendrą gamybos efektyvumą.