Жартылай өткізгішті өңдеуде SiC монокристалының өсуіне арналған CVD TaC жабу процесі қандай қиындықтарға тап болады?

Кіріспе

Жаңа энергетикалық көліктердің, 5G коммуникацияларының және басқа да салалардың қарқынды дамуымен қуатты электронды құрылғылардың өнімділігіне қойылатын талаптар артып келеді. Кең диапазонды жартылай өткізгіш материалдардың жаңа буыны ретінде кремний карбиді (SiC) тамаша электрлік қасиеттері мен термиялық тұрақтылығымен қуатты электронды құрылғылар үшін таңдаулы материал болды. Дегенмен, SiC монокристалдарының өсу процесі көптеген қиындықтарға тап болады, олардың ішінде жылу өрісі материалдарының өнімділігі негізгі факторлардың бірі болып табылады. Термиялық өріс материалының жаңа түрі ретінде CVD TaC жабыны оның тамаша жоғары температураға төзімділігі, коррозияға төзімділігі және химиялық тұрақтылығы арқасында SiC монокристалының өсуі мәселесін шешудің тиімді әдісі болды. Бұл мақала SiC монокристалды өсіндісінде CVD TaC жабынының артықшылықтарын, технологиялық сипаттамаларын және қолдану перспективаларын терең зерттейді.

Өнеркәсіптік фон

1. SIC жалғыз кристалдар мен өндірістік процесте кездесетін мәселелердің кең қолданылуы

SIC біртұтас кристалды материалдар жоғары температурада, жоғары қысымды және жоғары жиілікті ортада жақсы жұмыс істейді және электр машиналарында кеңінен қолданылады және кеңінен қолданылады, жаңартылатын энергия және жоғары тиімділігі жоғары қуат көздері. Нарықтық зерттеулер бойынша, SIC нарығының мөлшері 2030 жылға қарай 9 миллиард долларға жетеді деп күтілуде, орташа жылдық өсім 20% -дан асады деп күтілуде. SIC-тің жоғары қойылымдары оны электронды құрылғылардың келесі буынының маңызды негізін құрайды. Алайда, SIC бірыңғай кристалдарының өсуі кезінде жылу алаңының материалдары жоғары температура, жоғары қысымды және коррозиялық газдар сияқты төтенше жағдайға тап болады. Графит және кремний карбиді сияқты дәстүрлі жылу далалық материалдары жоғары температурада тотықтырады және деформацияланған және кристаллдың сапасына әсер ететін өсу атмосферасымен реакция жасайды.

2. Жылу алаңы ретінде CVD TAC жабынының маңыздылығы

CVD TAC жабыны жоғары температурада және коррозиялық ортада керемет тұрақтылықты қамтамасыз ете алады, бұл оны SIC бірыңғай кристалдарының өсуі үшін қажет емес материал жасайды. Зерттеулер көрсеткендей, TAC жабыны жылу далалық материалдардың қызмет ету мерзімін тиімді түрде кеңейтіп, SIC кристалдарының сапасын жақсартуы мүмкін. TAC жабыны 2300 ℃ дейін, субстратты тотығу және химиялық коррозиядан аулақ болу үшін өте қауіпті болып қалады.

Тақырыпқа шолу

1. CVD TaC жабынының негізгі принциптері мен артықшылықтары

CVD TaC жабыны тантал көзін (мысалы, TaCl5) жоғары температурада көміртегі көзімен әрекеттесу және тұндыру арқылы қалыптасады және тамаша жоғары температураға, коррозияға төзімділікке және жақсы адгезияға ие. Оның тығыз және біркелкі жабын құрылымы субстраттың тотығуын және химиялық коррозияны тиімді болдырмайды.

2. ТРК ТАК жабынының техникалық мәселелері

CVD TaC жабыны көптеген артықшылықтарға ие болғанымен, оны өндіру процесінде материалдың тазалығын бақылау, процесс параметрлерін оңтайландыру және жабынның адгезиясы сияқты техникалық қиындықтар бар.

I бөлім: CVD TAC жабынының негізгі рөлі

● Жоғары температураға төзімділік

TAC балқу және термохимиялық тұрақтылық: TAC еріген нүктесі бар, ол 3000-нан асады, бұл оны өте температурада тұрақты етеді, бұл SIC бірыңғай кристалды өсуіне өте маңызды.

SIC-тің бірыңғай кристаллдың өсуіндегі төтенше температура ортасында жұмыс істеу **: Зерттеулер TAC жабыны 900-2300 ℃ 900-2300 ℃ субстраттың тотығуын 900-2300 ℃, сол арқылы SIC кристалдарының сапасын қамтамасыз етеді.

●  Корозияға төзімділік)

TAC жабынының қорғаныс әсері кремний карбидей реакциясының ортасындағы химиялық эрозияға қорғаныс әсері: TAC термиялық дала материалдарының қызмет ету мерзімін ұзартатын SI және SIC₂ сияқты реактивтердің эрозиясын тиімді бұғаттайды.

● Доайлдық және дәл қойылатын талаптар

Қаптау қажеттілігі біркелкілік және қалыңдығын бақылау: біркелкі жабынның қалыңдығы кристалл сапасы үшін өте маңызды, ал біркелкі біркелкі емес, кез-келген тегіс емес, күйзеліс концентрациясы мен жарықшақтардың пайда болуына әкелуі мүмкін.

Микроскопиялық көлденең қимада тантал карбиді (TaC) жабыны

II бөлім: CVD TaC жабу процесінің негізгі қиындықтары

●  Материал көзі мен тазалығын бақылау

Тазалығы жоғары тантал шикізатының құны мен жеткізу тізбегінің мәселелері: Тантал шикізатының бағасы айтарлықтай өзгереді және жеткізілім тұрақсыз, бұл өндіріс құнына әсер етеді.

Материалға қоспалар жабынның жабындыларына қалай әсер етеді: қоспалар жабынның нашарлауына әкелуі мүмкін, осылайша SIC кристалдарының сапасына әсер етуі мүмкін.

●  Процесс параметрін оңтайландыру

Қаптама температурасын, қысымын және газ ағынын дәл бақылау: Бұл параметрлер жабын сапасына тікелей әсер етеді және ең жақсы тұндыру әсерін қамтамасыз ету үшін мұқият реттелуі керек.

Үлкен аумақтағы субстраттарда жабын ақауларынан қалай аулақ болуға болады: Үлкен аумақты тұндыру кезінде ақаулар жиі пайда болады және тұндыру процесін бақылау және реттеу үшін жаңа техникалық құралдарды әзірлеу қажет.

● жабынға арналған желім

TAC жабыны мен субстрат арасындағы адгезияның тиімділігін оңтайландырудағы қиындықтар: әр түрлі материалдар арасындағы жылу кеңейту коэффициенттеріндегі айырмашылықтар қосылуға әкелуі мүмкін, ал қосылуды жақсарту үшін желімдер немесе тұндыру процестерінің жақсаруы қажет.

Қаптаманы ажыратудың ықтимал қауіптері мен қарсы шаралары: байланыстыру өндіріс шығындарына әкелуі мүмкін, сондықтан байланыстыру беріктігін арттыру үшін жаңа желімдерді жасау немесе композиттік материалдарды пайдалану қажет.

●  Жабдыққа техникалық қызмет көрсету және процестің тұрақтылығы

CVD технологиялық жабдықтарының күрделілігі мен техникалық құны: жабдық қымбат және қиын болып табылады, бұл жалпы өндіріс құнын арттырады.

Ұзақ мерзімді процесс жұмысындағы жүйелілік мәселелері: Ұзақ мерзімді пайдалану өнімділіктің ауытқуын тудыруы мүмкін және дәйектілікті қамтамасыз ету үшін жабдықты жүйелі түрде калибрлеу қажет.

●  Қоршаған ортаны қорғау және шығындарды бақылау

Қаптау кезінде жанама өнімдерді (мысалы, хлоридтерді) өңдеу: қалдық газды қоршаған ортаны қорғау стандарттарына сәйкес тиімді өңдеу қажет, бұл өндіріс шығындарын арттырады.

Жоғары өнімділік пен экономикалық пайданы қалай теңестіруге болады: жабын сапасын қамтамасыз ете отырып, өндіріс шығындарын азайту - сала алдында тұрған маңызды мәселе.

III бөлім: Өнеркәсіптік шешімдер және шекара зерттеулері

● Жаңа процестерді оңтайландыру технологиясы

Жоғары дәлдікке қол жеткізу үшін кеңейтілген CVD басқару алгоритмдерін пайдаланыңыз: Алгоритмді оңтайландыру арқылы тұндыру жылдамдығы мен біркелкілігін жақсартуға болады, осылайша өндіріс тиімділігін арттырады.

Қаптау өнімділігін жақсарту үшін жаңа газ формулаларын немесе қоспаларды енгізу: Зерттеулер арнайы газдарды қосу жабынның адгезиясы мен антиоксиданттық қасиеттерін жақсарта алатынын көрсетті.

● материалдық зерттеулер мен әзірлемелердегі жетістіктер

Наноқұрылымдық жабын технологиясы арқылы TaC өнімділігін жақсарту: Наноқұрылымдар TaC жабындарының қаттылығын және тозуға төзімділігін айтарлықтай жақсарта алады, осылайша олардың экстремалды жағдайларда жұмысын жақсартады.

Синтетикалық баламалы жабын материалдар (мысалы, композициялық керамика): жаңа композициялық материалдар өнімділікті жақсарту және өндіріс шығындарын азайтуы мүмкін.

● Автоматтандыру және сандық зауыттар

Жасанды интеллект пен сенсорлық технологияның көмегімен процестерді бақылау: нақты уақыттағы мониторинг технологиялық параметрлерді уақыт бойынша реттей алады және өндіріс тиімділігін арттыруы мүмкін.

Өндіріс тиімділігін арттыру Шығындарды азайту кезінде: Автоматтандыру технологиясы қолмен араласуды азайтып, өндірістің жалпы тиімділігін арттыруы мүмкін.