Бір кристалды пештерде TaC қапталған графит бөлшектерін қолдану

қолдануTAC-қапталған графит бөлшектерімонокристалды пештерде

БӨЛІМ/1

Физикалық бу тасымалдау (PVT) әдісін қолдану арқылы SiC және AlN монокристалдарының өсуінде тигель, тұқым ұстағыш және бағыттаушы сақина сияқты маңызды компоненттер маңызды рөл атқарады. 2-суретте [1] көрсетілгендей, PVT процесі кезінде тұқым кристалы төменгі температура аймағында орналасады, ал SiC шикізаты жоғары температураға (2400 ℃ жоғары) әсер етеді. Бұл SiXCy қосылыстарын (ең алдымен Si, SiC₂, Si₂C және т.б. қоса алғанда) түзе отырып, шикізаттың ыдырауына әкеледі. Содан кейін бу фазасының материалы жоғары температура аймағынан төмен температура аймағындағы тұқымдық кристалға тасымалданады, нәтижесінде тұқым ядролары пайда болады, кристалдардың өсуі және монокристалдар пайда болады. Сондықтан, бұл процесте қолданылатын жылу өрісі материалдары, мысалы, тигель, ағынды бағыттаушы сақина және тұқымдық кристалл ұстағыш, SiC шикізаты мен монокристалдарды ластамай жоғары температураға төзімділік танытуы керек. Сол сияқты, AlN кристалының өсуінде қолданылатын қыздыру элементтері Al буы мен N₂ коррозиясына төтеп беруі керек, сонымен бірге кристалды дайындау уақытын қысқарту үшін жоғары эвтектикалық температураға (AlN бар) ие болуы керек.

SiC [2-5] және AlN [2-3] дайындау үшін TaC жабыны бар графит термиялық өріс материалдарын пайдалану көміртегі (оттегі, азот) және басқа да қоспалары аз таза өнімдерге әкелетіні байқалды. Бұл материалдар әр аймақта азырақ жиек ақауларын және төмен кедергіні көрсетеді. Сонымен қатар, микрокеуектер мен ою шұңқырларының тығыздығы (KOH өңдеуден кейін) айтарлықтай төмендейді, бұл кристалл сапасының айтарлықтай жақсаруына әкеледі. Сонымен қатар, TaC тигель нөлге жуық салмақ жоғалтуды көрсетеді, бұзылмайтын сыртқы түрін сақтайды және қайта өңдеуге болады (өмір сүру ұзақтығы 200 сағатқа дейін), осылайша монокристалды дайындау процестерінің тұрақтылығы мен тиімділігін арттырады.

ІНЖІР. 2. (а) PVT әдісімен SiC монокристалды құйма өсіретін құрылғының схемалық диаграммасы

(b) Top Tac Tac қапталған тұқымдық кронштейн (соның ішінде SIC тұқымын)

(c) TAC жабыны бар графит бағыттаушы сақина

MOCVD GAN эпитаксиальды қабатының өсу жылытқышы

БӨЛІМ/2

Моквд (металл-органикалық буынды тұндыру) саласында gan өсуі, буметалл ыдысының бу эпитаксиалды өсуіне арналған, engrometall encomposital реакциялары арқылы, жылытқыш реакция камерасындағы біркелкілікке жетуде маңызды рөл атқарады. 3-суретте көрсетілгендей (а), жылытқыш MOCVD жабдықтарының негізгі компоненті болып саналады. Өзінің ұзақ уақыт бойы субстратты тез және біркелкі қыздыру, жоғары температура (газдың коррозиясына төзімді), сонымен қатар пленкалық тазалыққа ие және пленкалық тазалықпен тікелей эфирде, қалыңдығы дәйектілігі және чип жүргізу.

MOCVD GAN өсу жүйелеріндегі жылытқыштардың тиімділігі мен қайта өңдеу тиімділігін арттыру үшін TAC жабылған графитті жылытқыштарды енгізу сәтті өтті. PBN (пиролитикалық бор нитридін) пайдаланатын кәдімгі жылытқыштармен қарама-қайшылықтар, ган эпитаксилі қабаттары TAC жылытқыштарының көмегімен өсірілген ган эпитаксилі қабаттары, қалыңдығы біркелкілік, ішектің біркелкілігі, ішілік ақаулар, ластану және ластану деңгейі. Сонымен қатар, TAC жабыны төмен қарсылық пен төмен қарқынды көрсетеді, нәтижесінде жақсартылған жылытқыштың тиімділігі мен біркелкілігіне әкеледі, осылайша қуат тұтынуды және жылу шығынын азайтады. Процесс параметрлерін басқару арқылы, жабынның кеуектілігін жылытқыштың сәулелену сипаттамаларын одан әрі жақсартуға және оның өмір сүру ұзақтығын кеңейтуге бейімдеуге болады. Бұл артықшылықтар TAC-қапталған графит жылытқыштарын Mocvd Gan өсу жүйелерінің тамаша таңдауы ретінде орнатады.

ІНЖІР. 3. (A) Ган эпитаксиальды өсуіне арналған MOCVD құрылғысының схемалық диаграммасы

(b) MOCVD қондырғысына орнатылған MOCVD қондырғысы, негізі мен кронштейнін қоспағанда, орнатылған графит жылытқышы (қыздырудағы негіз мен кронштейнді көрсететін иллюстрация)

(c) 17 ган эпитаксиалды өсуінен кейін TAC жабылған графит жылытқышы. 

Эпитакси үшін қапталған сезімталдық (вафли)

БӨЛІМ/3

Ватферлік тасымалдаушы, үшінші сыныптық жартылай өткізгіш вафлиді, мысалы, SIC, ALN және gan сияқты маңызды құрылымдық компонент эпитаксиальды вафлидің өсуінде маңызды рөл атқарады. Әдетте графиттен жасалған, вафли Тасымалдаушы эпитаксиальды температурада 1100-ден 1600 ° C температурасындағы коррозияға қарсы тұру үшін SIC-пен қапталған. Қорғаныс жабынының коррозияға төзімділігі вафлидің қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді. Тәжірибелік нәтижелер көрсеткендей, TAC жоғары температуралы аммиакқа ұшыраған кезде SIC-тен шамамен 6 есе баяу, бұл коррозияға ұшырайды. Жоғары температуралы сутегі ортасында, TAC коррозия жылдамдығы SIC-тен 10 есе баяу.

Эксперименттік дәлелдер TaC қапталған науалар қоспаларды енгізбестен көк жарық GaN MOCVD процесінде тамаша үйлесімділік көрсететінін көрсетті. Шектеулі процесс реттеулерімен TaC тасымалдаушыларын пайдаланып өсірілген жарық диодтары әдеттегі SiC тасымалдағыштарымен өсірілгендермен салыстырмалы өнімділік пен біркелкілікті көрсетеді. Демек, TaC жабыны бар вафельді тасымалдағыштардың қызмет ету мерзімі қапталмаған және SiC жабыны бар графит тасушылардан асып түседі.

Сурет. GaN эпитаксиалды өсірілген MOCVD құрылғысында (Veeco P75) қолданғаннан кейін вафли науасы. Сол жақтағы TaC, ал оң жағындағы SiC қапталған.

Жалпы дайындау әдісіTaC қапталған графит бөліктері

БӨЛІМ/1

CVD (Химиялық буларды тұндыру) әдісі:

TACL5 және CNHM көмегімен TACL5 және CNHM көмегімен тантал және көміртек көздері, H₂ төмен атмосфера, AR₂AS тасымалдаушы газ, реакциялық тұндыру пленкасы сияқты. Дайын жабынды жинақы, біркелкі және жоғары тазалық болып табылады. Алайда, күрделі процесс, қымбат шығындар, қолайсыз ауа ағынын басқару және судың тиімділігі төмен мәселелер бар.

БӨЛІМ/2

Шламды агломерациялау әдісі:

Құрамында көміртегі көзі, тантал көзі, диспергатор және байланыстырғыш бар суспензия графитпен қапталған және кептіруден кейін жоғары температурада агломерацияланады. Дайындалған жабын тұрақты бағдарсыз өседі, құны төмен және ауқымды өндіріске жарамды. Үлкен графитте біркелкі және толық жабынға қол жеткізу, тірек ақауларын жою және жабынды байланыстыру күшін арттыру үшін оны зерттеу қажет.

БӨЛІМ/3

Плазмалық бүрку әдісі:

TAC ұнтағы плазмалық доғалармен жоғары температурада еріген, жоғары жылдамдықты ағынды сулармен жоғары жылдамдықты ағызғыштарға және графиттік материалдардың бетіне шашыратылған. Вакуумдық емес оксид қабатын қалыптастыру оңай, ал энергия шығыны үлкен.

TAC қапталған графит бөліктерін шешу қажет

БӨЛІМ/1

Байланыс күші:

TaC және көміртекті материалдар арасындағы термиялық кеңею коэффициенті және басқа физикалық қасиеттер әртүрлі, жабынның қосылу беріктігі төмен, жарықтар, саңылаулар және термиялық кернеулерден аулақ болу қиын, сонымен қатар шірік және шірік бар нақты атмосферада жабын қабығын алу оңай. қайталанатын көтеру және салқындату процесі.

БӨЛІМ/2

Тазалық:

TAC жабыны жоғары температуралы жағдайға және ластанудың жоғары температуралық жағдайына және ластанудың дұрыс еместігін және құрамында тиімді көміртегі мен ішкі жабынның және толық жабынның ішіндегі тиімді стандарттарын және толық жабынның ішкі сипаттамаларын келісу керек.

БӨЛІМ/3

Тұрақтылық:

Жоғары температураға төзімділік және 2300℃ жоғары химиялық атмосфераға төзімділік жабынның тұрақтылығын тексеру үшін ең маңызды көрсеткіштер болып табылады. Шұңқырлар, жарықтар, жетіспейтін бұрыштар және бір бағыттағы түйіршік шекаралары коррозиялық газдардың графитке енуіне және енуіне оңай әсер етеді, бұл жабынды қорғаудың бұзылуына әкеледі.

Бөлім / 4

Тотығуға төзімділігі:

TaC 500℃ жоғары болғанда Ta2O5-ке дейін тотыға бастайды, ал тотығу жылдамдығы температура мен оттегі концентрациясының жоғарылауымен күрт артады. Беттік тотығу түйіршіктер шекарасынан және ұсақ түйіршіктерден басталып, бірте-бірте бағаналы кристалдар мен сынған кристалдар түзеді, нәтижесінде көптеген саңылаулар мен саңылаулар пайда болады, ал оттегінің инфильтрациясы жабын аршылғанша күшейеді. Алынған оксид қабаты нашар жылу өткізгіштікке және сыртқы түрі бойынша әртүрлі түстерге ие.

Бөлім / 5

Біркелкі және кедір-бұдыр:

Қаптау бетінің біркелкі бөлінбеуі жергілікті термиялық стресстің концентрациясына әкелуі мүмкін, жарылу және сүріну қаупін арттырады. Сонымен қатар, беттің кедір-бұдырлығы жабынның өзара әрекеттесуіне және сыртқы ортаға тікелей әсер етеді, ал тым жоғары өрескелдік вафли және біркелкі емес термиялық өріске көшуге әкеледі.

БӨЛІМ/6

Астық мөлшері:

Дәннің біркелкі мөлшері жабынның тұрақтылығына көмектеседі. Егер астық мөлшері аз болса, байланыс тығыз болмайды, және оны тотықтыруға және коррозияға ұшырату оңай, нәтижесінде астық жиегіндегі жарықтар мен тесіктер пайда болады, бұл жабынның қорғаныс қабілетін төмендетеді. Егер астық мөлшері тым үлкен болса, ол салыстырмалы түрде дөрекі, ал жабыны жылу кернеуінен аулау оңай.

Қорытынды және перспектива

Жалпы алғанда,TAC қапталған графит бөліктерінарықта үлкен сұранысқа ие және кең ауқымды қолдану перспективалары, ағымдағыTaC қапталған графит бөліктеріӨндірістің негізгі бағыты CVD TaC компоненттеріне сүйену болып табылады. Дегенмен, CVD TaC өндіру жабдығының жоғары құнына және шектеулі тұндыру тиімділігіне байланысты дәстүрлі SiC қапталған графит материалдары толығымен ауыстырылған жоқ. Агломерация әдісі шикізаттың құнын тиімді төмендете алады және әртүрлі қолдану сценарийлерінің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін графит бөліктерінің күрделі пішіндеріне бейімделуі мүмкін.