تطبيق أجزاء الجرافيت المغلفة TAC في أفران بلورية واحدة

تطبيقأجزاء الجرافيت المغلفة TACفي الأفران الكريستالية المفردة

الجزء/1

في نمو بلورات SIC و ALN المفردة باستخدام طريقة نقل البخار المادي (PVT) ، تلعب المكونات الحاسمة مثل Crucible ، حامل البذور ، وحلقة المرشد دورًا حيويًا. كما هو موضح في الشكل 2 [1] ، أثناء عملية PVT ، يتم وضع بلورة البذور في منطقة درجة الحرارة المنخفضة ، في حين أن المادة الخام SIC تتعرض لدرجات حرارة أعلى (أعلى من 2400 ℃). هذا يؤدي إلى تحلل المواد الخام ، مما ينتج عنه ستة مركبات (بما في ذلك في المقام الأول SI ، SIC₂ ، SI₂C ، إلخ). ثم يتم نقل مادة طور البخار من منطقة درجة الحرارة العالية إلى بلورة البذور في منطقة درجات الحرارة المنخفضة ، مما يؤدي إلى تكوين نوى البذور ، ونمو البلورة ، وتوليد بلورات واحدة. لذلك ، فإن المواد المجال الحراري المستخدمة في هذه العملية ، مثل Crucible ، وحلقة دليل التدفق ، وحامل البلورة البذور ، تحتاج إلى إظهار مقاومة درجات الحرارة العالية دون تلوث المواد الخام SIC والبلورات المفردة. وبالمثل ، يجب أن تقاوم عناصر التدفئة المستخدمة في نمو البلورة ALN وتآكل N₂ ، مع امتلاك درجة حرارة عالية الانصهار (مع ALN) لتقليل وقت إعداد البلورة.

وقد لوحظ أن استخدام مواد المجال الحرارية المغلفة بالجرافيت TAC لإعداد SIC [2-5] و Aln [2-3] يؤدي إلى منتجات أنظف مع الحد الأدنى من الكربون (الأكسجين ، النيتروجين) ، وغيرها من الشوائب. هذه المواد تظهر عيوب حافة أقل وانخفاض المقاومة في كل منطقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقليل كثافة micropores وحفر الحفر (بعد حفر KOH) بشكل كبير ، مما يؤدي إلى تحسن كبير في جودة البلورة. علاوة على ذلك ، يوضح Crucible TAC تقريبًا فقدان الوزن تقريبًا ، ويحافظ على مظهر غير مدمر ، ويمكن إعادة تدويره (مع عمر يصل إلى 200 ساعة) ، وبالتالي تعزيز استدامة وكفاءة عمليات إعداد البلورة المفردة.

تين. 2. (أ) رسم تخطيطي لجهاز زراعة السبائك البلورية المفردة من SiC بطريقة PVT

(ب) قوس البذور المغلفة العلوي TAC (بما في ذلك بذرة كذا)

(ج) حلقة دليل الجرافيت المغلفة بـ TAC

MOCVD GaN سخان نمو الطبقة الفوقية

الجزء/2

في مجال نمو MOCVD (ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي) GaN، وهي تقنية حاسمة للنمو الفوقي للبخار للأغشية الرقيقة من خلال تفاعلات التحلل العضوي المعدني، يلعب السخان دورًا حيويًا في تحقيق التحكم الدقيق في درجة الحرارة والتوحيد داخل غرفة التفاعل. كما هو موضح في الشكل 3 (أ)، يعتبر السخان المكون الأساسي لمعدات MOCVD. إن قدرتها على تسخين الركيزة بسرعة وبشكل موحد على مدى فترات طويلة (بما في ذلك دورات التبريد المتكررة)، وتحمل درجات الحرارة العالية (مقاومة تآكل الغاز)، والحفاظ على نقاء الفيلم تؤثر بشكل مباشر على جودة ترسب الفيلم، واتساق السُمك، وأداء الرقاقة.

لتعزيز أداء وكفاءة إعادة التدوير للسخانات في أنظمة نمو MOCVD GaN، كان إدخال سخانات الجرافيت المطلية بـ TaC ناجحًا. على النقيض من السخانات التقليدية التي تستخدم طلاءات pBN (نيتريد البورون الحراري)، فإن الطبقات الفوقية GaN المزروعة باستخدام سخانات TaC تظهر هياكل بلورية متطابقة تقريبًا، وتوحيد السماكة، وتشكيل العيوب الجوهرية، وتعاطي المنشطات الشوائب، ومستويات التلوث. علاوة على ذلك، يُظهر طلاء TaC مقاومة منخفضة وانبعاثًا سطحيًا منخفضًا، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة السخان وتوحيده، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة وفقدان الحرارة. من خلال التحكم في معلمات العملية، يمكن تعديل مسامية الطلاء لزيادة تعزيز خصائص إشعاع السخان وإطالة عمره [5]. تعمل هذه المزايا على إنشاء سخانات الجرافيت المطلية بـ TaC كخيار ممتاز لأنظمة نمو MOCVD GaN.

تين. 3. (أ) رسم تخطيطي لجهاز MOCVD للنمو الفوقي GaN

(ب) سخان الجرافيت المغطى بـ TAC مقولبة مثبتة في إعداد MOCVD ، باستثناء القاعدة والقوس (توضيح يوضح قاعدة وقوس في التدفئة)

(ج) سخان الجرافيت المغلفة TAC بعد 17 GAN النمو الفوقي. 

حساس مغلف للـ Epitaxy (حامل الرقاقة)

جزء/3

يلعب حامل الرقاقة، وهو مكون هيكلي حاسم يستخدم في تحضير رقائق أشباه الموصلات من الدرجة الثالثة مثل SiC وAlN وGaN، دورًا حيويًا في عمليات نمو الرقاقة الفوقي. عادةً ما يتم تصنيع حامل الرقاقة من الجرافيت، ويتم تغليفه بطبقة من كربيد السيليكون لمقاومة التآكل الناتج عن غازات المعالجة ضمن نطاق درجة حرارة الفوقي من 1100 إلى 1600 درجة مئوية. تؤثر مقاومة التآكل للطلاء الواقي بشكل كبير على عمر حامل الرقاقة. أظهرت النتائج التجريبية أن TaC يظهر معدل تآكل أبطأ بحوالي 6 مرات من SiC عند تعرضه للأمونيا ذات درجة الحرارة العالية. في بيئات الهيدروجين ذات درجة الحرارة العالية، يكون معدل تآكل TaC أبطأ بأكثر من 10 مرات من SiC.

لقد أظهرت الأدلة التجريبية أن الصواني المغلفة مع TAC تظهر توافقًا ممتازًا في عملية Blue Light Gan MOCVD دون إدخال الشوائب. مع تعديلات محدودة للعمليات ، تُظهر المصابيح التي تزرع باستخدام حاملات TAC أداءً مماثلًا وتوحيدًا لتلك التي تزرع باستخدام ناقلات SIC التقليدية. وبالتالي ، فإن عمر خدمة ناقلات الرقاقة المطلية بـ TAC تتجاوز تلك التي تتمتع بها ناقلات الجرافيت غير المطلية والمغطاة بالكيك.

شكل. صينية رقاقة بعد الاستخدام في جهاز MOCVD النامي GAN (VEECO P75). واحد على اليسار مغلفة مع TAC والآخر على اليمين مغلفة مع SIC.

طريقة التحضير المشتركةأجزاء الجرافيت المطلية بـ TaC

الجزء/1

CVD (ترسيب البخار الكيميائي) الطريقة:

في 900-2300 ℃ ، باستخدام TACL5 و CNHM كمصادر tantalum والكربون ، H₂ كما تقلل من الغلاف الجوي ، غاز الناقل Ar₂as ، وترسب التفاعل. الطلاء المعدة مضغوط ، موحد وعالي نقاء. ومع ذلك ، هناك بعض المشكلات مثل العملية المعقدة ، والتكلفة باهظة الثمن ، والتحكم الصعبة في تدفق الهواء ، وكفاءة الترسب المنخفضة.

الجزء/2

طريقة تلبيد الطين:

يتم طلاء الملاط المحتوي على مصدر الكربون ومصدر التنتالوم والمشتت والموثق على الجرافيت ويتم تلبيده عند درجة حرارة عالية بعد التجفيف. ينمو الطلاء المُجهز دون توجيه منتظم، وله تكلفة منخفضة ومناسب للإنتاج على نطاق واسع. ويبقى أن يتم استكشافه لتحقيق طلاء موحد وكامل على الجرافيت الكبير، والقضاء على عيوب الدعم وتعزيز قوة ربط الطلاء.

جزء/3

طريقة رش البلازما:

يتم إذابة مسحوق TaC بواسطة قوس البلازما عند درجة حرارة عالية، ويتم تفتيته إلى قطرات ذات درجة حرارة عالية بواسطة طائرة نفاثة عالية السرعة، ويتم رشه على سطح مادة الجرافيت. من السهل تشكيل طبقة أكسيد تحت فراغ، واستهلاك الطاقة كبير.

يجب حل أجزاء الجرافيت المغلفة TAC

الجزء/1

قوة الربط:

يختلف معامل التمدد الحراري والخصائص الفيزيائية الأخرى بين TaC ومواد الكربون، وقوة ربط الطلاء منخفضة، ومن الصعب تجنب الشقوق والمسام والإجهاد الحراري، ومن السهل تقشير الطلاء في الجو الفعلي الذي يحتوي على تعفن و تكرار عملية الارتفاع والتبريد.

الجزء/2

نقاء:

يجب أن يكون طلاء TaC عالي النقاء لتجنب الشوائب والتلوث في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، ويجب الاتفاق على معايير المحتوى الفعال ومعايير التوصيف للكربون الحر والشوائب الجوهرية على السطح وداخل الطلاء الكامل.

جزء/3

استقرار:

تعد مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأجواء الكيميائية فوق 2300 درجة مئوية من أهم المؤشرات لاختبار ثبات الطلاء. من السهل أن تتسبب الثقوب والشقوق والزوايا المفقودة وحدود الحبوب ذات الاتجاه الواحد في اختراق الغازات المسببة للتآكل واختراق الجرافيت، مما يؤدي إلى فشل حماية الطلاء.

جزء/4

مقاومة الأكسدة:

يبدأ TAC في التأكسد إلى TA2O5 عندما يكون أعلى من 500 ℃ ، ويزيد معدل الأكسدة بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة وتركيز الأكسجين. يبدأ أكسدة السطح من حدود الحبوب والحبوب الصغيرة ، ويشكل تدريجياً بلورات عمودية وبلورات مكسورة ، مما يؤدي إلى عدد كبير من الفجوات والثقوب ، وتسلل الأكسجين حتى يتم تجريد الطلاء. طبقة الأكسيد الناتجة لها توصيل حراري ضعيف ومجموعة متنوعة من الألوان في المظهر.

الجزء/5

التوحيد والخشونة:

يمكن أن يؤدي التوزيع غير المتكافئ لسطح الطلاء إلى تركيز الإجهاد الحراري المحلي ، مما يزيد من خطر التكسير والتشكيل. بالإضافة إلى ذلك ، تؤثر خشونة السطح بشكل مباشر على التفاعل بين الطلاء والبيئة الخارجية ، والخشونة العالية للغاية تؤدي بسهولة إلى زيادة الاحتكاك مع الرقاقة والحقل الحراري غير المتكافئ.

الجزء/6

حجم الحبوب:

يساعد حجم الحبوب الموحد على ثبات الطلاء. إذا كان حجم الحبوب صغيرًا، فإن الرابطة ليست ضيقة، ومن السهل أن تتأكسد وتتآكل، مما يؤدي إلى عدد كبير من الشقوق والثقوب في حافة الحبوب، مما يقلل من الأداء الوقائي للطلاء. إذا كان حجم الحبوب كبيرًا جدًا، فهو خشن نسبيًا، ومن السهل أن يتقشر الطلاء تحت الضغط الحراري.

الخلاصة والتوقع

على العموم،أجزاء الجرافيت المطلية بـ TaCفي السوق لديه طلب كبير ومجموعة واسعة من آفاق التطبيق ، والتيارأجزاء الجرافيت المطلية بـ TaCيعتمد التصنيع السائد على مكونات CVD TaC. ومع ذلك، نظرًا لارتفاع تكلفة معدات إنتاج CVD TaC وكفاءة الترسيب المحدودة، لم يتم استبدال مواد الجرافيت التقليدية المطلية بـ SiC بالكامل. يمكن لطريقة التلبيد أن تقلل بشكل فعال من تكلفة المواد الخام، ويمكن أن تتكيف مع الأشكال المعقدة لأجزاء الجرافيت، وذلك لتلبية احتياجات سيناريوهات التطبيق المختلفة.