Азыркы учурда жарым өткөргүчтөрдүн үчүнчү мууну басымдуулук кылаткремний карбиди. Анын приборлорунун наркынын структурасында субстрат 47%ды, ал эми эпитаксия 23%ти түзөт. Экөө чогуу болжол менен 70% түзөт, бул эң маанилүү бөлүгүкремний карбидиприборлорду өндүрүү өнөр жайынын чынжырчасы.
даярдоо үчүн көп колдонулган ыкмасыкремний карбидимонокристаллдар PVT (физикалык буу транспорту) ыкмасы болуп саналат. Принциби чийки затты жогорку температуралык зонада, ал эми урук кристалын салыштырмалуу төмөн температура зонасында жасоо. Жогорку температурада чийки зат ыдырайт жана суюк фазасы жок газ фазасындагы заттарды түз чыгарат. Бул газ фазасынын заттары октук температура градиентинин жетеги астында урук кристаллына ташылат жана кремний карбидинин монокристалын пайда кылуу үчүн урук кристаллында ядро болуп өсөт. Учурда бул ыкманы Cree, II-VI, SiCrystal, Dow сыяктуу чет элдик компаниялар жана Tianyue Advanced, Tianke Heda, Century Golden Core сыяктуу ата мекендик компаниялар колдонушат.
Кремний карбидинин 200дөн ашык кристалл түрлөрү бар жана талап кылынган монокристалл формасын (негизги агымы 4H кристалл түрү) түзүү үчүн абдан так көзөмөл талап кылынат. Tianyue Advanced проспектине ылайык, 2018-2020-жылдары жана 2021-жылдын I жарымында кристалл таякчасынын кирешелүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша 41%, 38,57%, 50,73% жана 49,90%, субстрат кирешелүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша 72,61% жана 54,7% түздү . Комплекстүү түшүмдүүлүк учурда 37,7%ды гана түзөт. Мисал катары негизги PVT ыкмасын алсак, аз түшүм негизинен SiC субстрат даярдоодо төмөнкү кыйынчылыктар менен шартталган:
1. Температура талаасын көзөмөлдөөдө кыйынчылык: SiC кристалл таякчалары 2500 ℃ жогорку температурада өндүрүлүшү керек, ал эми кремний кристаллдары 1500 ℃ керек, ошондуктан атайын монокристаллдуу мештер талап кылынат жана өндүрүш учурунда өсүү температурасын так көзөмөлдөө керек. , аны көзөмөлдөө өтө кыйын.
2. Жай өндүрүш ылдамдыгы: салттуу кремний материалдардын өсүү темпи саатына 300 мм, бирок кремний карбидинин бир кристаллдары саатына 400 микрон өсө алат, бул дээрлик 800 эсе айырма.
3. Продукциянын жакшы параметрлерине жогорку талаптар жана кара кутучанын түшүмдүүлүгүн убагында көзөмөлдөө кыйын: SiC пластинкаларынын негизги параметрлерине микротюбдердин тыгыздыгы, дислокациянын тыгыздыгы, каршылык касиети, бузулуу, беттик тегиздик ж.б. кирет. Кристаллдын өсүү процессинде, ал кремний-көмүртек катышы, өсүү температурасынын градиенти, кристалл өсүү ылдамдыгы жана аба агымынын басымы сыяктуу параметрлерди так көзөмөлдөө үчүн зарыл. Болбосо, полиморфтук кошулмалар пайда болушу мүмкүн, натыйжада квалификациясыз кристаллдар пайда болот. Графит тигелинин кара кутусунда кристаллдын өсүү абалын реалдуу убакыт режиминде байкоо мүмкүн эмес жана абдан так жылуулук талаасын башкаруу, материалды тууралоо жана тажрыйба топтоо талап кылынат.
4. Кристаллдын кеңейүү кыйынчылыгы: газ фазасынын транспорттук ыкмасына ылайык, SiC кристаллынын өсүшүн кеңейтүү технологиясы өтө кыйын. Кристаллдын көлөмү чоңойгон сайын, анын өсүү кыйынчылыгы геометриялык түрдө көбөйөт.
5. Жалпысынан төмөн түшүмдүүлүк: Төмөн түшүмдүүлүк негизинен эки звенодон турат: (1) Кристалл таякчасынын кирешелүүлүгү = жарым өткөргүч-класстагы кристалл таякчасы/(жарым өткөргүч-класстагы кристалл таякчасы + жарым өткөргүч-класстын кристалл таякчасы чыгаруу) × 100%; (2) Субстрат кирешеси = квалификациялуу субстрат чыгаруу/(квалификациялуу субстрат чыгаруу + квалификациясыз субстрат чыгаруу) × 100%.
сапаттуу жана жогорку тушумду даярдоодокремний карбид субстраттары, ядро так өндүрүш температурасын көзөмөлдөө үчүн жакшы жылуулук талаа материалдары керек. Учурда колдонулган термикалык талаа тигель комплекттери негизинен көмүртек порошок жана кремний порошок ысытуу жана эритүү жана жылуу сактоо үчүн колдонулган жогорку тазалыктагы графит структуралык бөлүктөр болуп саналат. Графит материалдары жогорку спецификалык күчтүн жана спецификалык модулдун, жакшы термикалык соккуга туруктуулугунун жана коррозияга туруктуулугунун мүнөздөмөлөрүнө ээ, бирок алар жогорку температурадагы кычкылтек чөйрөсүндө оңой кычкылдануу, аммиакка туруштук бербөө жана чийилүүгө туруштук берүү сыяктуу кемчиликтерге ээ. Кремний карбидинин монокристалл өсүү процессинде жанакремний карбид эпитаксиалдык пластинкаграфит материалдарын колдонуу боюнча адамдардын барган сайын катуу талаптарын канааттандыруу кыйын, бул анын өнүгүшүн жана практикалык колдонулушун олуттуу чектейт. Ошондуктан, тантал карбиди сыяктуу жогорку температурадагы каптамалар чыга баштады.
2. мүнөздөмөлөрүТантал карбиди каптоо
TaC керамикасынын эрүү температурасы 3880 ℃ чейин, катуулугу жогору (Mohs катуулугу 9-10), чоң жылуулук өткөрүмдүүлүк (22W · м-1 · K−1), чоң ийилүүчү күч (340-400MPa) жана кичинекей жылуулук кеңейүү коэффициенти (6,6×10−6K−1) жана мыкты термохимиялык туруктуулукту жана эң сонун физикалык касиеттерди көрсөтөт. Бул жакшы химиялык шайкештик жана graphite жана C / C курама материалдар менен механикалык шайкеш келет. Ошондуктан, TaC каптоо көп аэрокосмостук жылуулук коргоо, монокристалл өсүшү, энергетикалык электроника, жана медициналык жабдууларды колдонулат.
TaC капталганграфит жылаңач графитке же SiC менен капталган графитке караганда химиялык коррозияга жакшы туруктуулукка ээ, 2600° жогорку температурада туруктуу колдонулушу мүмкүн жана көптөгөн металл элементтери менен реакцияга кирбейт. Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтүн монокристалл өсүү жана пластинкалуу оюу сценарийлериндеги эң мыкты каптоо. Бул процессте температураны жана аралашмаларды контролдоону олуттуу түрдө жакшыртат жана даярдайтжогорку сапаттагы кремний карбид пластинкаларыжана байланыштууэпитаксиалдык пластиналар. Ал MOCVD жабдуулары менен GaN же AlN монокристалдарын өстүрүү жана PVT жабдуулары менен SiC монокристалдарын өстүрүү үчүн өзгөчө ылайыктуу жана өстүрүлгөн монокристаллдардын сапаты бир топ жакшырды.
III. Тантал карбид менен капталган аппараттардын артыкчылыктары
Tantal Carbide TaC жабууну колдонуу кристалл четиндеги кемчиликтердин көйгөйүн чечип, кристаллдын өсүшүнүн сапатын жакшыртат. Бул "тез өсүү, коюу жана узун өсүү" негизги техникалык багыттарынын бири болуп саналат. Өнөр жайлык изилдөөлөр ошондой эле тантал карбиди менен капталган графит тигелин бир калыпта жылытууга жетише аларын көрсөттү, ошону менен SiC монокристаллынын өсүшү үчүн эң сонун процессти башкарууну камсыз кылат, ошентип SiC кристаллдарынын четинде поликристаллдык пайда болуу ыктымалдыгын олуттуу түрдө азайтат. Мындан тышкары, тантал карбиддик Graphite каптоо эки негизги артыкчылыктарга ээ:
(I) SiC кемчиликтерин азайтуу
SiC монокристалл кемчиликтерин көзөмөлдөө жагынан, адатта, үч маанилүү жолдору бар. Өсүү параметрлерин жана жогорку сапаттагы баштапкы материалдарды оптималдаштыруудан тышкары (мисалы, SiC булагы порошок), Тантал карбиди менен капталган Graphite Crucible да жакшы кристалл сапатына жетише алат.
Кадимки графит тигелдин схемалык диаграммасы (а) жана TAC капталган тигел (б)
Кореядагы Чыгыш Европа университетинин изилдөөсүнө ылайык, SiC кристаллынын өсүшүндөгү негизги ыпластык азот жана тантал карбид менен капталган графит тигелдери SiC кристаллдарынын азоттун кошулушун эффективдүү чектей алат, ошону менен микротрубалар сыяктуу кемчиликтердин пайда болушун азайтып, кристаллдын сапатын жакшыртат. сапаты. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, ошол эле шарттарда кадимки графит тигелдерде жана TAC капталган тигелде өстүрүлгөн SiC пластинкаларынын алып жүрүүчү концентрациясы тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 4,5×1017/см жана 7,6×1015/см.
Кадимки графит тигелдерде өстүрүлгөн SiC монокристаллдарындагы кемчиликтерди салыштыруу (а) жана TAC капталган тигелдерде (b)
(II) Графит тигельдердин иштөө мөөнөтүн жакшыртуу
Азыркы учурда SiC кристаллдарынын баасы жогору бойдон калууда, анын ичинен графиттик керектелүүчү материалдар 30%ке жакынды түзөт. Графиттик керектеечу материалдардын езуне турган наркын темендетуу-нун ачкычы — анын кызмат кылуу меенетун кебейтуу. Британиялык изилдөө тобунун маалыматтары боюнча, тантал карбид каптоо графит компоненттеринин кызмат мөөнөтүн 30-50% га узарта алат. Бул эсептөөгө ылайык, тантал карбиди менен капталган графитти алмаштыруу гана SiC кристаллдарынын баасын 9%-15% га төмөндөтөт.
4. Тантал карбидинин каптоо процесси
TaC каптоо даярдоо ыкмалары үч категорияга бөлүүгө болот: катуу фаза ыкмасы, суюк фаза ыкмасы жана газ фазасы ыкмасы. Катуу фаза ыкмасы негизинен кыскартуу ыкмасын жана химиялык ыкманы камтыйт; суюк фаза ыкмасына эриген туз ыкмасы, золь-гель ыкмасы (Sol-Gel), суспензия-агломерация ыкмасы, плазма чачуу ыкмасы кирет; газ фазасы ыкмасы химиялык буу катмарлоону (CVD), химиялык буу инфильтрациясын (CVI) жана физикалык бууну (PVD) камтыйт. Ар кандай ыкмалар өздөрүнүн артыкчылыктары жана кемчиликтери бар. Алардын арасында, CVD TaC жабууну даярдоо үчүн салыштырмалуу жетилген жана көп колдонулган ыкма болуп саналат. Процесстин үзгүлтүксүз өркүндөтүлүшү менен ысык зым химиялык буу катмары жана ион нурунун жардамы менен химиялык буу катмары сыяктуу жаңы процесстер иштелип чыкты.
TaC каптоо өзгөртүлгөн көмүртек негизделген материалдар, негизинен, графит, көмүртек була жана көмүртек / көмүртектүү курама материалдарды камтыйт. Графитке TaC жабууларын даярдоо ыкмаларына плазмалык чачуу, CVD, суспензия агломерациясы ж.б.
CVD методунун артыкчылыктары: TaC жабууларын даярдоо үчүн CVD ыкмасы тантал булагы катары тантал галогенидине (TaX5) жана көмүртек булагы катары углеводородго (CnHm) негизделген. Белгилүү шарттарда алар Ta жана C ге ажырайт, анан бири-бири менен реакцияга кирип, TaC каптоолорун алышат. CVD методу төмөнкү температурада жүргүзүлүшү мүмкүн, бул кандайдыр бир деңгээлде каптамаларды жогорку температурада даярдоо же дарылоо менен шартталган кемчиликтерди жана механикалык касиеттердин төмөндөшүн алдын алат. каптоо курамы жана структурасы көзөмөлдөнүүчү болуп саналат, ал жогорку тазалыгы, жогорку тыгыздыгы жана бирдиктүү жоондугу артыкчылыктарга ээ. Андан да маанилүүсү, CVD тарабынан даярдалган TaC жабуунун курамын жана түзүмүн долбоорлоого жана оңой башкарууга болот. Бул жогорку сапаттагы TaC жабууларын даярдоо үчүн салыштырмалуу жетилген жана кеңири колдонулган ыкма.
Процесстин негизги таасир этүүчү факторлору төмөнкүлөрдү камтыйт:
A. Газдын агымынын ылдамдыгы (тантал булагы, көмүртек булагы катары углеводород газы, ташуучу газ, суюлтуу газы Ar2, Н2 азайтуучу газ): Газдын агымынын ылдамдыгынын өзгөрүшү температура талаасына, басым талаасына жана газ агымынын талаасына чоң таасирин тийгизет. реакция камерасы, натыйжада жабуунун курамы, структурасы жана иштеши өзгөрөт. Ar агымынын ылдамдыгын жогорулатуу каптаманын өсүү темпин жайлатат жана дан өлчөмүн азайтат, ал эми TaCl5, H2 жана C3H6 молярдык массасынын катышы каптоо курамына таасир этет. H2 менен TaCl5тин молярдык катышы (15-20):1, бул көбүрөөк ылайыктуу. TaCl5 жана C3H6 молярдык катышы теориялык жактан 3:1ге жакын. Ашыкча TaCl5 же C3H6 пластинанын сапатына таасирин тийгизип, Ta2C же эркин көмүртектин пайда болушуна алып келет.
B. Депозиттин температурасы: Депозиттин температурасы канчалык жогору болсо, коюу ылдамдыгы ошончолук тез болот, дан өлчөмү ошончолук чоң болот жана каптоо ошончолук орой болот. Мындан тышкары, көмүртектин С жана TaCl5тин Taга ажырашынын температурасы жана ылдамдыгы ар башка, ал эми Ta жана C Ta2C түзүшү ыктымал. Температура TaC каптоо модификацияланган көмүртек материалдарына чоң таасирин тийгизет. Чогултуу температурасы жогорулаган сайын чөкүү ылдамдыгы жогорулап, бөлүкчөлөрдүн өлчөмү чоңоюп, бөлүкчөлөрдүн формасы сфералыктан көп кырдууга өзгөрөт. Мындан тышкары, жайгаштыруу температурасы канчалык жогору болсо, TaCl5 ошончолук тез ыдырайт, эркин С ошончолук аз болот, каптамадагы стресс ошончолук чоң болот жана жаракалар оңой пайда болот. Бирок, төмөн жайгаштыруу температурасы жабуу түшүрүү натыйжалуулугун төмөндөтүүгө, узак сактоо убактысына жана жогорку чийки материалдардын чыгымдарына алып келет.
C. Депозиттик басым: Депозиттик басым материалдын бетинин бош энергиясы менен тыгыз байланышта жана реакция камерасында газдын болуу убактысына таасир этет, ошону менен нуклеациянын ылдамдыгына жана каптоо бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө таасир этет. Тундурма басымы жогорулаган сайын газдын калуу убактысы узарып, реагенттердин нуклеация реакцияларына көбүрөөк убактысы болот, реакциянын ылдамдыгы жогорулап, бөлүкчөлөр чоңоюп, каптоо калыңдайт; тескерисинче, тунма басымы азайган сайын, реакциянын газында болуу убактысы кыска болот, реакциянын ылдамдыгы басаңдайт, бөлүкчөлөр кичирейип, жабын жука болот, бирок каптоо басымы каптаманын кристалл түзүмүнө жана курамына анча деле таасир этпейт.
V. Тантал карбидинин каптоо тенденциясы
TaC жылуулук кеңейүү коэффициенти (6,6×10−6K−1) графит, көмүртек буласы жана C/C композиттик материалдар сыяктуу көмүртектүү материалдардан бир аз айырмаланат, бул бир фазалуу TaC каптоолорун крекингге жана түшүп калуу. TaC жабуунун абляцияга жана кычкылданууга туруктуулугун, жогорку температурадагы механикалык туруктуулугун жана жогорку температурадагы химиялык коррозияга туруктуулугун андан ары жакшыртуу максатында, изилдөөчүлөр композиттик каптоо системалары, катуу эритме менен жакшыртылган каптоо системалары жана градиент сыяктуу каптоо системалары боюнча изилдөө жүргүзүштү. каптоо системалары.
Композиттик каптоо системасы бир жабуунун жаракаларын жабуу болуп саналат. Адатта, башка жабуулар курама каптоо системасын түзүү үчүн TaC бетине же ички катмарына киргизилет; катуу эритмени бекемдөөчү каптоо системасы HfC, ZrC ж.б. TaC сыяктуу эле бет борборлоштурулган куб түзүлүшкө ээ жана эки карбид катуу эритме структурасын түзүү үчүн бири-бирине чексиз эрийт. Hf(Ta)C каптоо жаракасыз жана C/C композиттик материалга жакшы жабышып турат. каптоо мыкты анти-абляция аткарууга ээ; градиент каптоо системасы градиент каптоо анын калыңдыгы багыты боюнча каптоо компонентинин концентрациясын билдирет. Түзүлүшү ички стрессти азайтат, жылуулук кеңейүү коэффициенттеринин дал келбестигин жакшыртат жана жаракалардан качат.
(II) Тантал карбидин каптоочу аппараттын буюмдары
QYR (Хенчжоу Божи) статистикасына жана болжолдоолоруна ылайык, 2021-жылы дүйнөлүк тантал карбид каптоо рыногунун сатуусу 1.5986 миллион АКШ долларына жеткен (Кри өзү өндүргөн жана өзү камсыз кылган тантал карбид каптоочу аппараттын продуктуларын эске албаганда) жана ал дагы эле башында. өнөр жайын өнүктүрүү этаптары.
1. Кристаллдын өсүшү үчүн талап кылынган кристаллдык кеңейүү шакекчелери жана тигелдер: ишканага 200 кристалл өсүү мешинин негизинде, 30 кристаллдык өсүү компаниялары талап кылган TaC капталган түзмөктөрдүн рыноктук үлүшү болжол менен 4,7 миллиард юанды түзөт.
2. TaC лотоктору: Ар бир лоток 3 пластинаны көтөрө алат, ар бир лоток 1 ай бою колдонулушу мүмкүн жана ар бир 100 вафли үчүн 1 лоток керектелет. 3 миллион пластинка 30 000 TaC лотокту талап кылат, ар бир лоток 20 000 даанадан турат жана жыл сайын 600 миллионго жакын керектелет.
3. Көмүртекти азайтуунун башка сценарийлери. Мындай жогорку температурадагы меш каптоо, CVD насадка, меш түтүктөр, ж.б., болжол менен 100 млн.
Посттун убактысы: 02-02-2024