Kas yra SiC keraminė vaflių valtis? Specifikacijos, medžiagos ir taikymas

Vykdant puslaidininkinius aukštos temperatūros procesus, plokštelių tvarkymas, palaikymas ir terminis apdorojimas priklauso nuo specialaus atraminio komponento - plokštelės. Kylant proceso temperatūrai, didėjant švaros ir dalelių kontrolės reikalavimams, tradicinės kvarcinės plokštelės palaipsniui atskleidžia tokias problemas kaip trumpas tarnavimo laikas, didelis deformacijos greitis ir prastas atsparumas korozijai.Silicio karbido (SiC) keraminės valtysatsirado šiame kontekste ir tapo pagrindiniu aukščiausios klasės terminio apdorojimo įrangos nešikliu.

Silicio karbidas (SiC) yra inžinerinė keramikos medžiaga, kuri sujungia didelį kietumą, aukštą šilumos laidumą ir puikų cheminį stabilumą.SiC keramika, suformuotas sukepinant aukštoje temperatūroje, ne tik pasižymi puikiu atsparumu šiluminiam smūgiui, bet ir išlaiko stabilią struktūrą bei dydį oksiduojančioje ir ėsdinančioje aplinkoje. Dėl to, pagaminta į vaflinę valtį, ji gali patikimai palaikyti aukštoje temperatūroje vykstančius procesus, tokius kaip difuzija, atkaitinimas ir oksidacija, todėl jis ypač tinka terminiams procesams, veikiantiems aukštesnėje nei 1100 °C temperatūroje.

1. Kas yra SiC keraminė vaflių valtis?

Vaflinių valčių konstrukcija dažniausiai suprojektuota su daugiasluoksne, lygiagrečia tinklelio konfigūracija, galinčia vienu metu laikyti keliasdešimt ar net šimtus plokštelių. SiC keramikos pranašumai kontroliuojant šiluminio plėtimosi koeficientus daro juos mažiau linkę į šiluminę deformaciją ar mikroįtrūkimus aukštoje temperatūroje vykstančių padidinimo ir sumažinimo procesų metu. Be to, metalo priemaišų kiekis gali būti griežtai kontroliuojamas, o tai žymiai sumažina užteršimo riziką aukštoje temperatūroje. Dėl to jie puikiai tinka procesams, kurie yra ypač jautrūs švarai, pavyzdžiui, galios įrenginių, SiC MOSFET, MEMS ir kitų produktų gamybai.

2. Kvarco vs SiC vs grafitinės plokštelės: medžiagų palyginimas

Palyginti su tradicinėmis kvarcinėmis plokštelėmis, silicio karbido keraminių plokštelių valtys paprastai tarnauja 3–5 kartus ilgiau aukštoje temperatūroje, dažnai veikiant šiluminiais ciklais. Didesnis jų tvirtumas ir atsparumas deformacijai leidžia stabiliau išlyginti plokšteles, o tai padeda pagerinti derlių. Dar svarbiau, kad SiC medžiagos išlaiko minimalius matmenų pokyčius dažnų šildymo ir aušinimo ciklų metu, sumažindamos plokštelės kraštų skilimą arba dalelių išsiliejimą, kurį sukelia plokštelių valties deformacija.

3. Silicio karbido vaflių valčių medžiagų rūšys

Ne visos SiC plokštelės yra pagamintos iš tos pačios klasės keramikos. Skirtingi gamybos būdai sukuria skirtingas mikrostruktūras ir veikimo charakteristikas.

3.1 Perkristalizuotas silicio karbidas (RSiC)

Perkristalizuotas SiC naudojamas aukštos temperatūros keraminiuose komponentuose. Priklausomai nuo rūšies, jis gali turėti didelį atvirą poringumą, į kurį reikia atsižvelgti vertinant užterštumą, valymą ir suderinamumą su procesu.

3.2 Sukepintas silicio karbidas (SSiC)

Beslėgis sukepintas SiC gali suteikti tankią keraminę struktūrą, pasižyminčią dideliu kietumu, mechaniniu stiprumu ir geromis šiluminėmis savybėmis. Faktinės savybės priklauso nuo formulės, sukepinimo proceso ir medžiagos rūšies.

3.3 Reakciniu būdu surištas silicio karbidas (RBSiC / SiSiC)

Reakcijos būdu surištame SiC paprastai yra likutinė silicio fazė. Tai gali turėti įtakos maksimaliai eksploatavimo temperatūrai ir cheminiam suderinamumui, todėl neturėtų būti manoma, kad jos veikimo ribos yra tokios pačios kaip RSiC arba SSiC.

3.4 SiC dengti grafito plokštelių laikikliai

SiC padengtas grafito plokštelių laikiklis skiriasi nuo monolitinės SiC keramikos plokštelių valties.

Jame naudojamas grafito pagrindas, apsaugotas nusodinta SiC danga. Tokios konstrukcijos gali būti naudingos konkrečioje terminio apdorojimo aplinkoje, tačiau reikia įvertinti dangos vientisumą, atvirus kraštus ir galimą užterštumą.

4. Ateities perspektyva

Pramonėje silicio karbido keraminės plokštelės pamažu tampa pageidaujamu aukščiausios klasės įrangos gamintojų pasirinkimu terminio apdorojimo procesuose – nuo ​​tradicinių silicio prietaisų iki trečios kartos puslaidininkinių medžiagų. Jie ne tik tinka įvairiai terminio apdorojimo įrangai, tokiai kaip vertikalios vamzdžių krosnys ir horizontalios oksidacijos krosnys, bet jų stabilus veikimas aukštos temperatūros, labai korozinėje aplinkoje taip pat suteikia tvirtesnes proceso nuoseklumo ir įrangos talpos garantijas.

Laipsniškas silicio karbido keraminių plokštelių populiarinimas žymi pažangių keraminių medžiagų, prasiskverbiančių į puslaidininkinės įrangos pagrindinius atraminius komponentus, pagreitį. Palyginti su tradicinėmis kvarcinėmis medžiagomis, jų pranašumai – stabilumas aukštoje temperatūroje, konstrukcijos tvirtumas ir atsparumas terminiam nuovargiui – yra patikimas medžiagos pagrindas tolesnei aukštesnės temperatūros ir griežtesnių proceso langų raidai. Šiuo metu 6 colių ir 8 colių keraminės silicio karbido plokštelės yra plačiai naudojamos puslaidininkių pramonės galios įrenginių masinės gamybos terminio apdorojimo procesuose.

12 colių specifikacija palaipsniui diegiama į aukščiausios klasės procesus ir pažangias gamybos linijas, tampa svarbia kito įrangos ir medžiagų bendradarbiavimo etapo kryptimi. Tuo pačiu metu 2–4 colių plokštelės ir toliau atlieka svarbų vaidmenį mokslinių tyrimų platformose ir konkrečiuose procesų scenarijuose, pvz., LED substrato apdorojimo ir proceso patikrinimo srityse. Silicio karbido keraminės plokštelės demonstruos didesnius stabilumo, dydžio valdymo ir plokštelių talpos pranašumus, todėl bus nuolat tobulinama susijusių keraminių medžiagų technologija.

DUK

1. Kokia yra pagrindinė vaflinės valties funkcija?

Apdorojant krosnyje plokštelių valtis laiko puslaidininkines plokšteles tiksliai išdėstytose vietose. Pagrindinės jo funkcijos yra mechaninis palaikymas, plokštelių išlygiavimas ir suderinamumas su terminio ir cheminio proceso aplinka.

2. Kuo skiriasi SiC vaflinė valtis nuo kvarcinės plokštelės?

SiC keraminės plokštelės paprastai užtikrina didesnį šilumos laidumą ir didesnę mechaninę galią aukštoje temperatūroje tinkamoms rūšims. Kvarcinės plokštelės turi daug mažesnį šiluminį plėtimąsi ir yra plačiai naudojamos švarių puslaidininkių krosnių procesuose. Pageidautina medžiaga priklauso nuo eksploatavimo sąlygų.

3. Kokią temperatūrą gali atlaikyti SiC keraminė vaflinė valtis?

Visoms SiC keraminėms vaflinėms valtims nėra vienos temperatūros ribos. Maksimali darbinė temperatūra priklauso nuo SiC klasės, krosnies atmosferos, mechaninės apkrovos, poveikio trukmės ir šiluminio ciklo. Pagamintas komponentas turi būti kvalifikuotas pagal numatytas proceso sąlygas.

4. Ar SiC plokštelės tinka difuzijai ir oksidacijai?

Taip, tinkamai parinktos ir kvalifikuotos SiC keraminės valtys gali būti naudojamos difuzijos ir oksidacijos srityse. Turi būti patikrinta medžiagos chemija, paviršiaus švarumas, mechaninė konstrukcija ir suderinamumas su proceso dujomis.

5. Ar galima pritaikyti SiC keraminius vaflinius laivelius?

Vaflinės valtys gali būti sukonstruotos skirtingoms krosnies konfigūracijoms, plokštelių matmenims, plyšių skaičiui, žingsniams ir atramos geometrijoms, atsižvelgiant į gamybos galimybes ir projekto patvirtinimą.

6. Kuo skiriasi kieto SiC ir SiC dengtos grafito valtys?

Kieto SiC keraminių plokštelių valtyse naudojamas keraminis korpusas, o SiC padengtuose grafito laikikliuose naudojamas grafito pagrindas su apsauginiu SiC sluoksniu. Skiriasi jų šiluminė reakcija, gedimo mechanizmai, užteršimo rizika ir aptarnavimo ribos.

7. Kas sukelia dalelių susidarymą vaflinėse valtyse?

Galimos priežastys yra mechaninis dilimas, netinkama plokštelių kontakto geometrija, nusėdusios plėvelės susidarymas, terminiai pažeidimai, paviršiaus defektai ir užteršimas tvarkant ar valant. Pagrindinės priežasties analizė turėtų atsižvelgti į nešiklio medžiagą ir tikrąjį krosnies procesą.