Application ng TaC-Coated Graphite Parts sa Single Crystal Furnaces

Paglalapat ngMga Bahagi ng Graphite na Pinahiran ng TaCsa Single Crystal Furnaces

BAHAGI/1

Sa paglaki ng SiC at AlN single crystals gamit ang physical vapor transport (PVT) na paraan, ang mga mahahalagang bahagi tulad ng crucible, seed holder, at guide ring ay may mahalagang papel. Gaya ng inilalarawan sa Figure 2 [1], sa panahon ng proseso ng PVT, ang seed crystal ay nakaposisyon sa mas mababang rehiyon ng temperatura, habang ang SiC raw na materyal ay nakalantad sa mas mataas na temperatura (sa itaas 2400 ℃). Ito ay humahantong sa pagkabulok ng hilaw na materyal, na gumagawa ng mga SiXCy compound (pangunahin kasama ang Si, SiC₂, Si₂C, atbp.). Ang materyal na bahagi ng singaw ay dinadala mula sa rehiyong may mataas na temperatura patungo sa kristal ng binhi sa rehiyong mababa ang temperatura, na nagreresulta sa pagbuo ng nuclei ng binhi, paglaki ng kristal, at pagbuo ng mga solong kristal. Samakatuwid, ang mga thermal field na materyales na ginagamit sa prosesong ito, tulad ng crucible, flow guide ring, at seed crystal holder, ay kailangang magpakita ng mataas na temperatura na resistensya nang hindi nakontamina ang mga hilaw na materyales ng SiC at mga solong kristal. Katulad nito, ang mga elemento ng pag-init na ginagamit sa paglago ng kristal ng AlN ay dapat makatiis sa Al vapor at N₂ corrosion, habang nagtataglay din ng mataas na temperatura ng eutectic (kasama ang AlN) upang mabawasan ang oras ng paghahanda ng kristal.

Napagmasdan na ang paggamit ng TaC-coated graphite thermal field na materyales para sa paghahanda ng SiC [2-5] at AlN [2-3] ay nagreresulta sa mas malinis na mga produkto na may kaunting carbon (oxygen, nitrogen), at iba pang mga impurities. Ang mga materyales na ito ay nagpapakita ng mas kaunting mga depekto sa gilid at mas mababang resistivity sa bawat rehiyon. Bilang karagdagan, ang density ng micropores at etching pit (pagkatapos ng KOH etching) ay makabuluhang nabawasan, na humahantong sa isang malaking pagpapabuti sa kalidad ng kristal. Higit pa rito, ang TaC crucible ay nagpapakita ng halos zero na pagbaba ng timbang, nagpapanatili ng isang hindi mapanirang hitsura, at maaaring i-recycle (na may habang-buhay na hanggang 200 oras), kaya pinahuhusay ang pagpapanatili at kahusayan ng mga proseso ng paghahanda ng solong kristal.

FIG. 2. (a) Schematic diagram ng SiC single crystal ingot growing device sa pamamagitan ng PVT method

(b) Nangungunang TaC coated seed bracket (kabilang ang SiC seed)

(c) TAC-coated graphite guide ring

MOCVD GaN Epitaxial Layer Growth Heater

BAHAGI/2

Sa larangan ng MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) na paglago ng GaN, isang mahalagang pamamaraan para sa paglaki ng vapor epitaxial ng mga manipis na pelikula sa pamamagitan ng mga reaksyon ng organometallic decomposition, ang heater ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagkamit ng tumpak na kontrol sa temperatura at pagkakapareho sa loob ng silid ng reaksyon. Gaya ng inilalarawan sa Figure 3 (a), ang heater ay itinuturing na pangunahing bahagi ng MOCVD equipment. Ang kakayahang mabilis at pare-parehong magpainit ng substrate sa mahabang panahon (kabilang ang mga paulit-ulit na ikot ng paglamig), makatiis sa mataas na temperatura (lumalaban sa kaagnasan ng gas), at mapanatili ang kadalisayan ng pelikula na direktang nakakaapekto sa kalidad ng pagdeposito ng pelikula, pagkakapare-pareho ng kapal, at pagganap ng chip.

Upang mapahusay ang pagganap at kahusayan sa pag-recycle ng mga heaters sa MOCVD GaN growth system, ang pagpapakilala ng TaC-coated graphite heaters ay naging matagumpay. Kabaligtaran sa mga nakasanayang heater na gumagamit ng pBN (pyrolytic boron nitride) coatings, ang mga GaN epitaxial layer na lumaki gamit ang TaC heaters ay nagpapakita ng halos magkaparehong kristal na istruktura, pagkakapareho ng kapal, intrinsic defect formation, impurity doping, at contamination level. Bukod dito, ang TaC coating ay nagpapakita ng mababang resistivity at mababang surface emissivity, na nagreresulta sa pinahusay na kahusayan at pagkakapareho ng heater, at sa gayon ay binabawasan ang pagkonsumo ng kuryente at pagkawala ng init. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga parameter ng proseso, ang porosity ng coating ay maaaring iakma upang higit pang mapahusay ang mga katangian ng radiation ng heater at pahabain ang habang-buhay nito [5]. Ang mga bentahe na ito ay nagtatatag ng TaC-coated graphite heaters bilang isang mahusay na pagpipilian para sa MOCVD GaN growth system.

FIG. 3. (a) Schematic diagram ng MOCVD device para sa GaN epitaxial growth

(b) Molded TAC-coated graphite heater na naka-install sa MOCVD setup, hindi kasama ang base at bracket (ilustrasyon na nagpapakita ng base at bracket sa heating)

(c) TAC-coated graphite heater pagkatapos ng 17 GaN epitaxial growth. 

Pinahiran na Susceptor para sa Epitaxy (Wafer Carrier)

BAHAGI/3

Ang wafer carrier, isang mahalagang structural component na ginagamit sa paghahanda ng mga third-class na semiconductor wafers gaya ng SiC, AlN, at GaN, ay gumaganap ng mahalagang papel sa mga proseso ng paglago ng epitaxial wafer. Karaniwang gawa sa graphite, ang wafer carrier ay pinahiran ng SiC upang labanan ang kaagnasan mula sa mga prosesong gas sa loob ng isang epitaxial temperature range na 1100 hanggang 1600 °C. Ang paglaban sa kaagnasan ng proteksiyon na patong ay makabuluhang nakakaapekto sa habang-buhay ng wafer carrier. Ipinakita ng mga eksperimentong resulta na ang TaC ay nagpapakita ng isang rate ng kaagnasan na humigit-kumulang 6 na beses na mas mabagal kaysa sa SiC kapag nalantad sa mataas na temperatura na ammonia. Sa mga high-temperature na hydrogen environment, ang corrosion rate ng TaC ay higit pa sa 10 beses na mas mabagal kaysa sa SiC.

Ang pang-eksperimentong ebidensya ay nagpakita na ang mga tray na pinahiran ng TaC ay nagpapakita ng mahusay na pagkakatugma sa asul na liwanag na proseso ng GaN MOCVD nang hindi nagpapakilala ng mga dumi. Sa limitadong mga pagsasaayos ng proseso, ang mga LED na lumaki gamit ang mga TaC carrier ay nagpapakita ng maihahambing na pagganap at pagkakapareho sa mga lumaki gamit ang mga nakasanayang SiC carrier. Dahil dito, ang buhay ng serbisyo ng TaC-coated wafer carriers ay nahihigitan ng uncoated at SiC-coated graphite carriers.

Pigura. Wafer tray pagkatapos gamitin sa GaN epitaxial grown MOCVD device (Veeco P75). Ang nasa kaliwa ay pinahiran ng TaC at ang nasa kanan ay pinahiran ng SiC.

Paraan ng paghahanda ng karaniwanMga bahagi ng grapayt na pinahiran ng TaC

BAHAGI/1

Paraan ng CVD (Chemical Vapor Deposition):

Sa 900-2300℃, gamit ang TaCl5 at CnHm bilang tantalum at carbon sources, H₂ bilang reducing atmosphere, Ar₂as carrier gas, reaction deposition film. Ang handa na patong ay compact, uniporme at mataas na kadalisayan. Gayunpaman, mayroong ilang mga problema tulad ng masalimuot na proseso, mahal na gastos, mahirap na kontrol sa daloy ng hangin at mababang kahusayan sa pag-deposito.

BAHAGI/2

Paraan ng slurry sintering:

Ang slurry na naglalaman ng carbon source, tantalum source, dispersant at binder ay pinahiran sa graphite at sintered sa mataas na temperatura pagkatapos matuyo. Ang handa na patong ay lumalaki nang walang regular na oryentasyon, may mababang gastos at angkop para sa malakihang produksyon. Ito ay nananatiling galugarin upang makamit ang pare-pareho at buong patong sa malaking grapayt, alisin ang mga depekto sa suporta at pahusayin ang puwersa ng pagbubuklod ng patong.

BAHAGI/3

Paraan ng pag-spray ng plasma:

Ang TaC powder ay natutunaw ng plasma arc sa mataas na temperatura, na-atomize sa mataas na temperatura na mga droplet sa pamamagitan ng high-speed jet, at ini-spray sa ibabaw ng materyal na grapayt. Madaling bumuo ng oxide layer sa ilalim ng non-vacuum, at malaki ang pagkonsumo ng enerhiya.

Ang mga bahagi ng grapayt na pinahiran ng TaC ay kailangang lutasin

BAHAGI/1

Binding force:

Ang koepisyent ng pagpapalawak ng thermal at iba pang mga pisikal na katangian sa pagitan ng TaC at mga materyales ng carbon ay magkakaiba, ang lakas ng pagbubuklod ng patong ay mababa, mahirap maiwasan ang mga bitak, pores at thermal stress, at ang patong ay madaling matanggal sa aktwal na kapaligiran na naglalaman ng mabulok at paulit-ulit na proseso ng pagtaas at paglamig.

BAHAGI/2

kadalisayan:

Ang TaC coating ay kailangang ultra-high purity upang maiwasan ang mga impurities at polusyon sa ilalim ng mataas na temperatura, at ang mga epektibong pamantayan sa nilalaman at mga pamantayan ng characterization ng libreng carbon at intrinsic na impurities sa ibabaw at sa loob ng buong coating ay kailangang sumang-ayon.

BAHAGI/3

Katatagan:

Ang paglaban sa mataas na temperatura at paglaban sa kapaligiran ng kemikal na higit sa 2300 ℃ ang pinakamahalagang tagapagpahiwatig upang masubukan ang katatagan ng patong. Ang mga pinholes, mga bitak, nawawalang mga sulok, at mga hangganan ng butil ng solong oryentasyon ay madaling maging sanhi ng mga corrosive na gas na tumagos at tumagos sa graphite, na nagreresulta sa pagkabigo sa proteksyon ng coating.

BAHAGI/4

Paglaban sa oksihenasyon:

Nagsisimulang mag-oxidize ang TaC sa Ta2O5 kapag ito ay higit sa 500 ℃, at ang rate ng oksihenasyon ay tumataas nang husto sa pagtaas ng temperatura at konsentrasyon ng oxygen. Ang oksihenasyon sa ibabaw ay nagsisimula mula sa mga hangganan ng butil at maliliit na butil, at unti-unting bumubuo ng mga columnar na kristal at mga sirang kristal, na nagreresulta sa isang malaking bilang ng mga puwang at mga butas, at ang pagpasok ng oxygen ay tumindi hanggang sa matanggal ang patong. Ang nagresultang layer ng oxide ay may mahinang thermal conductivity at iba't ibang kulay sa hitsura.

BAHAGI/5

Pagkakatulad at pagkamagaspang:

Ang hindi pantay na pamamahagi ng ibabaw ng patong ay maaaring humantong sa lokal na konsentrasyon ng thermal stress, na nagdaragdag ng panganib ng pag-crack at spalling. Bilang karagdagan, ang pagkamagaspang sa ibabaw ay direktang nakakaapekto sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng patong at panlabas na kapaligiran, at ang masyadong mataas na pagkamagaspang ay madaling humantong sa pagtaas ng alitan sa wafer at hindi pantay na thermal field.

BAHAGI/6

Laki ng butil:

Ang pare-parehong laki ng butil ay nakakatulong sa katatagan ng patong. Kung ang laki ng butil ay maliit, ang bono ay hindi masikip, at ito ay madaling ma-oxidized at corroded, na nagreresulta sa isang malaking bilang ng mga bitak at mga butas sa gilid ng butil, na binabawasan ang proteksiyon na pagganap ng patong. Kung ang laki ng butil ay masyadong malaki, ito ay medyo magaspang, at ang patong ay madaling matuklap sa ilalim ng thermal stress.

Konklusyon at inaasam-asam

Sa pangkalahatan,Mga bahagi ng grapayt na pinahiran ng TaCsa merkado ay may isang malaking demand at isang malawak na hanay ng mga prospect ng aplikasyon, ang kasalukuyangMga bahagi ng grapayt na pinahiran ng TaCAng mainstream ng pagmamanupaktura ay umasa sa mga bahagi ng CVD TaC. Gayunpaman, dahil sa mataas na halaga ng kagamitan sa paggawa ng CVD TaC at limitadong kahusayan ng pag-deposito, ang mga tradisyonal na SiC coated graphite na materyales ay hindi pa ganap na napalitan. Ang pamamaraan ng sintering ay maaaring epektibong mabawasan ang gastos ng mga hilaw na materyales, at maaaring umangkop sa mga kumplikadong hugis ng mga bahagi ng grapayt, upang matugunan ang mga pangangailangan ng mas iba't ibang mga sitwasyon ng aplikasyon.