Häzirki wagtda ýarymgeçirijileriň üçünji nesli agdyklyk edýärkremniý karbid. Enjamlarynyň çykdajy gurluşynda substrat 47%, epitaksiýa 23%. Bularyň ikisi takmynan 70% -i düzýär, bu bolsa iň möhüm bölegikremniý karbidenjam öndürýän önümçilik zynjyry.
Taýýarlamak üçin giňden ulanylýan usulkremniý karbidýeke kristallar PVT (fiziki buglary daşamak) usulydyr. Principleörelge, çig maly ýokary temperatura zolagynda we tohum kristalyny has pes temperatura zonasynda ýasamakdyr. Has ýokary temperaturada çig mal çüýräp, suwuk fazasyz gaz fazaly maddalary gönüden-göni öndürýär. Bu gaz fazaly maddalar, eksenel temperatura gradientiniň hereketlendirijisi bilen tohum kristalyna daşalýar we tohum kristalynda kremniy karbid ýeke kristalyny emele getirýär we tohum kristalynda ösýär. Häzirki wagtda “Cree”, II-VI, SiCrystal, Dow ýaly daşary ýurt kompaniýalary we “Tianyue Advanced”, “Tianke Heda” we “Century Golden Core” ýaly içerki kompaniýalar bu usuly ulanýarlar.
Silikon karbidiň 200-den gowrak kristal görnüşi bar we zerur ýekeje kristal görnüşini (esasy akym 4H kristal görnüşi) döretmek üçin gaty takyk gözegçilik zerurdyr. “Tianyue Advanced” prospektine görä, kompaniýanyň 2018-2020-nji we H1 2021-nji ýyllardaky kristal hasasy degişlilikde 41%, 38.57%, 50.73% we 49.90%, substratyň hasyllylygy degişlilikde 72,61%, 75,15%, 70.44% we 75.47% boldy. Giňişleýin hasyl häzirki wagtda bary-ýogy 37,7%. Esasy PVT usulyny mysal hökmünde alyp, pes hasyl esasan SiC substraty taýýarlamakdaky aşakdaky kynçylyklar bilen baglanyşykly:
1. Temperatura meýdanyna gözegçilik etmekdäki kynçylyk: SiC kristal çybyklary 2500 a ýokary temperaturada öndürilmeli, kremniý kristallaryna diňe 1500 need gerek, şonuň üçin ýörite ýekeje kristal peçler gerek we önümçilik wagtynda ösüş temperaturasy takyk gözegçilikde saklanmalydyr. gözegçilik etmek gaty kyn.
2. Önümçiligiň haýal tizligi: Adaty kremniniň materiallarynyň ösüş tizligi sagatda 300 mm, ýöne kremniy karbid ýeke kristallary sagatda bary-ýogy 400 mikron ösüp biler, bu tapawudyň 800 essesine golaýdyr.
3. Önümiň gowy parametrlerine we gara guty öndürijiligine ýokary talaplar wagtynda gözegçilik etmek kyn: SiC wafli esasy parametrlerine mikrotube dykyzlygy, ýerleşiş dykyzlygy, garşylyk, sahypa, ýeriň çişligi we ş.m. girýär. Silikon-uglerod gatnaşygy, ösüş temperaturasy gradienti, kristal ösüş tizligi we howa akymynyň basyşy ýaly parametrleri takyk gözegçilikde saklamak zerur. Otherwiseogsam, polimorf goşulmalar bolup biler, netijede hünärsiz kristallar ýüze çykar. Möhüm grafitiň gara gutusynda, hrustal ösüş ýagdaýyny hakyky wagtda synlamak mümkin däl we termiki meýdan gözegçiligi, material gabat gelmek we tejribe toplamak zerur.
4. Kristal giňelmekde kynçylyk: Gaz fazasynyň transport usuly boýunça, SiC kristalynyň ösüşini giňeltmek tehnologiýasy gaty kyn. Kristal ululygy ulaldygyça ösüş kynlygy çalt artýar.
5. Umuman pes hasyl: Pes hasyl esasan iki baglanyşykdan durýar: (1) Kristal çybyk hasyly = ýarymgeçiriji derejeli kristal çybyk çykyşy / (ýarymgeçiriji derejeli kristal çybyk çykyşy + ýarymgeçiriji derejeli kristal çybyk çykyşy) × 100%; (2) Substrat hasyly = kwalifikasiýa substrat çykyşy / (ökde substrat çykyşy + kwalifikasiýa substrat çykyşy) × 100%.
Qualityokary hilli we ýokary hasyl taýýarlanylandakremniy karbid substratlary, ýadro önümçiligiň temperaturasyna takyk gözegçilik etmek üçin has gowy ýylylyk meýdan materiallaryna mätäç. Häzirki wagtda ulanylýan ýylylyk meýdany üçin möhüm enjamlar, esasan ýokary uglerodly grafit gurluş bölekleridir, olar uglerod tozy we kremniý tozy gyzdyrmak we eritmek we ýyly saklamak üçin ulanylýar. Grafit materiallary ýokary aýratyn güýç we aýratyn modul, gowy termiki zarba garşylygy we poslama garşylyk häsiýetlerine eýedir, ýöne ýokary temperaturaly kislorod şertlerinde ammiak çydamly däl we çyzylmaga garşy durnuksyzlygy bar. Silikon karbidiň ýekeje kristal ösüşi wekremniý karbid epitaksial wafliönümçiligi, ösüşini we amaly ulanylyşyny çynlakaý çäklendirýän grafit materiallaryny ulanmak üçin adamlaryň barha artýan talaplaryny kanagatlandyrmak kyn. Şonuň üçin tantal karbid ýaly ýokary temperaturaly örtükler ýüze çykyp başlady.
2. AýratynlyklaryTantal karbid örtügi
TaC keramikasynyň eriş nokady 3880 up çenli, ýokary gatylygy (Mohs gatylygy 9-10), uly ýylylyk geçirijiligi (22W · m-1 · K - 1), uly egilme güýji (340-400MPa) we kiçi ýylylyk giňelmesi bar koeffisiýenti (6,6 × 10−6K - 1) we ajaýyp termohimiki durnuklylygy we ajaýyp fiziki häsiýetleri görkezýär. Grafit we C / C birleşdirilen materiallar bilen gowy himiki utgaşyklygy we mehaniki utgaşyklygy bar. Şonuň üçin TaC örtügi aerokosmiki ýylylyk goragynda, ýekeje kristal ösüşinde, energiýa elektronikasynda we lukmançylyk enjamlarynda giňden ulanylýar.
TaC bilen örtülengrafit ýalaňaç grafitden ýa-da SiC bilen örtülen grafitden has gowy himiki poslama garşylygy bar, 2600 ° ýokary temperaturada durnukly ulanylyp bilner we köp metal elementleri bilen täsir etmeýär. Üçünji nesil ýarymgeçirijiniň ýekeje kristal ösüşi we wafli ssenariýasyndaky iň oňat örtükdir. Amalda temperaturanyň we hapalaryň gözegçiligini ep-esli gowulaşdyryp, taýýarlap bilerýokary hilli kremniy karbid wafliwe baglanyşyklyepitaksial wafli. Esasanam MOCVD enjamlary bilen GaN ýa-da AlN ýeke kristallaryny ösdürip ýetişdirmek we PVT enjamlary bilen SiC ýeke kristallaryny ösdürip ýetişdirmek üçin ulalýar we ösen ýeke kristallaryň hili ep-esli ýokarlanýar.
III. Tantal karbid bilen örtülen enjamlaryň artykmaçlyklary
“Tantalum Carbide TaC” örtüginiň ulanylmagy kristal gyradaky kemçilikler meselesini çözüp we kristal ösüşiniň hilini ýokarlandyryp biler. Bu “çalt ösmek, galyňlaşmak we uzyn ösmek” esasy tehniki ugurlaryndan biridir. Önümçilik gözlegleri, şeýle hem Tantalum Karbid bilen örtülen grafit Crucible-iň has birmeňzeş ýyladyş gazanyp biljekdigini, şeýlelik bilen SiC ýeke kristal ösmegi üçin ajaýyp proses gözegçiligini üpjün edip biljekdigini, şeýlelik bilen SiC kristallarynyň gyrasynda polikristally emele gelmek ähtimallygyny ep-esli azaldýandygyny görkezdi. Mundan başga-da, Tantalum Karbid Grafit örtüginiň iki esasy artykmaçlygy bar:
(I) SiC kemçiliklerini azaltmak
SiC ýeke kristal kemçiliklerine gözegçilik etmek nukdaýnazaryndan adatça üç möhüm ýol bar. Ösüş parametrlerini we ýokary hilli çeşme materiallaryny (SiC çeşme tozy ýaly) optimizirlemekden başga-da, “Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible” -i ulanmak hem gowy kristal hiline ýetip biler.
Adaty grafit çyzylan (a) we TAC örtükli (b) shematiki diagramma
Koreýadaky Gündogar Europeewropa uniwersitetiniň geçiren gözleglerine görä, SiC kristalynyň ösmeginde esasy hapalyk azotdyr we tantal karbid bilen örtülen grafit çüýleri SiC kristallarynyň azot goşulmagyny netijeli çäklendirip biler, şeýlelik bilen mikropipler ýaly kemçilikleriň döremegini azaldyp, kristallary gowulandyrar hili. Geçirilen gözlegler, şol bir şertlerde adaty grafit haç çüýşelerinde we TAC örtükli haçlarda ösdürilip ýetişdirilýän SiC wafli göterijileriniň konsentrasiýalarynyň degişlilikde takmynan 4,5 × 1017 / sm we 7,6 × 1015 / sm bolandygyny görkezdi.
Adaty grafit haçly (a) we TAC örtükli haçly (b) -de ösdürilip ýetişdirilen SiC ýeke kristallaryndaky kemçilikleri deňeşdirmek.
(II) Grafit çüýlenenleriň durmuşyny gowulaşdyrmak
Häzirki wagtda SiC kristallarynyň bahasy ýokary bolmagynda galýar, şolardan grafit sarp edilýän önümleriň bahasy takmynan 30%. Grafit sarp edilýän zatlaryň bahasyny azaltmagyň açary, hyzmat möhletini ýokarlandyrmakdyr. Iňlis gözleg toparynyň maglumatlaryna görä, tantal karbid örtükleri grafit komponentleriniň hyzmat möhletini 30-50% uzaldyp biler. Bu hasaplama görä, diňe tantal karbid bilen örtülen grafit çalyşmak, SiC kristallarynyň bahasyny 9% -15% arzanladyp biler.
4. Tantal karbid örtügini taýýarlamak prosesi
TaC örtügini taýýarlamak usullaryny üç kategoriýa bölmek bolar: gaty faza usuly, suwuk faza usuly we gaz fazasy usuly. Gaty faza usuly esasan azaltmak usulyny we himiki usuly öz içine alýar; suwuk faza usuly eredilen duz usuly, sol-gel usuly (Sol-Gel), siňdiriji süzme usuly, plazma pürkmek usuly; gaz fazasy usuly himiki bug çökdürilişini (CVD), himiki buglaryň infiltrasiýasyny (CVI) we fiziki bug çökdürmesini (PVD) öz içine alýar. Dürli usullaryň öz artykmaçlyklary we kemçilikleri bar. Olaryň arasynda CVD, TaC örtüklerini taýýarlamak üçin birneme ýetişen we giňden ulanylýan usuldyr. Amalyň yzygiderli gowulaşmagy bilen, gyzgyn simli himiki bug çökdürilmegi we ion şöhlesi himiki buglaryň çökmegi ýaly täze prosesler işlenip düzüldi.
TaC örtügi üýtgedilen uglerod esasly materiallara esasan grafit, uglerod süýümi we uglerod / uglerod birleşýän materiallar girýär. Grafitde TaC örtüklerini taýýarlamagyň usullary plazma sepmek, CVD, süýümli sinter we ş.m.
CVD usulynyň artykmaçlyklary: TaC örtüklerini taýýarlamak üçin CVD usuly tantal çeşmesi hökmünde tantal halidine (TaX5) we uglewodorod (CnHm) uglerod çeşmesi hökmünde esaslanýar. Käbir şertlerde degişlilikde Ta we C bölünýär we TaC örtüklerini almak üçin biri-biri bilen reaksiýa berýär. CVD usuly pes temperaturada amala aşyrylyp bilner, bu ýokary temperaturaly taýýarlyk ýa-da örtükleri bejermek bilen ýüze çykýan kemçiliklerden we peselýän mehaniki häsiýetlerden gaça durup biler. Örtügiň düzümi we gurluşy gözegçilikde saklanýar we ýokary arassalygyň, ýokary dykyzlygyň we birmeňzeş galyňlygyň artykmaçlyklaryna eýedir. Has möhümi, CVD tarapyndan taýýarlanan TaC örtükleriniň düzümi we gurluşy dizaýn edilip we aňsatlyk bilen dolandyrylyp bilner. Qualityokary hilli TaC örtüklerini taýýarlamak üçin has kämillik we giňden ulanylýan usul.
Amalyň esasy täsir ediji faktorlary şulary öz içine alýar:
A. Gaz akymynyň tizligi (tantal çeşmesi, uglewodorod gazy uglerod çeşmesi, daşaýjy gaz, Ar2 suwuklandyryjy gaz, H2 gazyny azaltmak): Gaz akymynyň üýtgemeginiň temperatura meýdanyna, basyş meýdanyna we gaz akymy meýdanyna uly täsiri bar örtügiň düzüminde, gurluşynda we işleýşinde üýtgeşmelere sebäp bolan reaksiýa kamerasy. Ar akymynyň ýokarlanmagy örtügiň ösüş depginini haýalladar we dänäniň ululygyny peselder, TaCl5, H2 we C3H6 polýar massa gatnaşygy örtügiň düzümine täsir edýär. H2-iň TaCl5 bilen gatnaşygy (15-20): 1, has amatly. TaCl5-iň C3H6 bilen gatnaşygy teoretiki taýdan 3: 1-e ýakyn. Artykmaç TaCl5 ýa-da C3H6, Ta2C ýa-da erkin uglerodyň emele gelmegine sebäp bolup, wafliň hiline täsir eder.
B. Depolýasiýa temperaturasy: Çökdürmegiň temperaturasy näçe ýokary bolsa, çökdüriliş tizligi, däne ululygy we örtük has gödek bolýar. Mundan başga-da, uglewodorodyň C we TaCl5 bölünişiniň temperaturasy we tizligi dürli-dürli, Ta we C bolsa Ta2C emele getirýär. Üýtgedilen uglerod materiallaryna TaC örtügine temperatura uly täsir edýär. Çökdüriliş temperaturasynyň ýokarlanmagy bilen çökdüriliş derejesi ýokarlanýar, bölejikleriň ululygy ýokarlanýar we bölejikleriň şekili sferikden polihedrala üýtgeýär. Mundan başga-da, çöketlik temperaturasy näçe ýokary bolsa, TaCl5-iň dargamagy näçe çalt bolsa, erkin C az bolar, örtükdäki stres şonça-da köp bolar we çatryklar aňsatlyk bilen dörediler. Şeýle-de bolsa, çöketligiň pes temperaturasy örtügiň çökdürilişiniň pesligine, çökdüriliş wagtynyň we çig malyň çykdajylarynyň has ýokary bolmagyna getirer.
C. Depozit basyşy: Depozit basyşy material üstündäki erkin energiýa bilen ýakyndan baglanyşyklydyr we reaksiýa kamerasyndaky gazyň ýaşaýyş wagtyna täsir eder we şeýlelik bilen örtügiň ýadro tizligine we bölejikleriniň ululygyna täsir eder. Çökdürme basyşy artdygyça, gazyň ýaşaýyş wagty has uzynlaşýar, reaktiwleriň nukleasiýa reaksiýalaryny başdan geçirmäge has köp wagty bolýar, reaksiýa derejesi ýokarlanýar, bölejikler ulalýar we örtük galyňlaşýar; tersine, çökdürme basyşy peselende, reaksiýa gazynyň ýaşaýyş wagty gysga, reaksiýa tizligi haýallaýar, bölejikler kiçelýär we örtük has inçe bolýar, ýöne çöketlik basyşy kristal gurluşyna we örtüginiň düzümine az täsir edýär.
V. Tantal karbid örtüginiň ösüş tendensiýasy
TaC-nyň ýylylyk giňelme koeffisiýenti (6.6 × 10−6K - 1), bir fazaly TaC örtükleriniň ýarylmagyna sebäp bolýan grafit, uglerod süýümi we C / C birleşýän materiallar ýaly uglerod esasly materiallardan birneme tapawutlanýar. ýykylýar. Ablasiýa we okislenme garşylygyny, ýokary temperatura mehaniki durnuklylygy we TaC örtükleriniň ýokary temperaturaly himiki poslama garşylygyny has-da gowulandyrmak üçin gözlegçiler birleşdirilen örtük ulgamlary, gaty erginli örtük ulgamlary we gradient ýaly örtük ulgamlary boýunça gözleg geçirdiler. örtük ulgamlary.
Birleşdirilen örtük ulgamy, bir örtügiň çatryklaryny ýapmakdyr. Adatça, birleşdirilen örtük ulgamyny emele getirmek üçin TaC-iň ýüzüne ýa-da içki gatlagyna beýleki örtükler girizilýär; gaty ergin berkidiji örtük ulgamy HfC, ZrC we ş.m. ýüz merkezi kub gurluşy TaC bilen deňdir we iki karbid berk çözgüt gurluşyny emele getirmek üçin biri-birinde çäksiz eräp biler. Hf (Ta) C örtügi ýarylmaz we C / C birleşýän materiallara gowy ýelmeýär. Örtük ablasiýa garşy ajaýyp ýerine ýetirijidir; gradient örtük ulgamy gradient örtük, galyňlyk ugry boýunça örtük komponentiniň konsentrasiýasyna degişlidir. Gurluş içerki stresleri azaldyp, ýylylyk giňelme koeffisiýentleriniň gabat gelmezligini gowulaşdyryp, ýarylmazlyk mümkin.
(II) Tantal karbid örtük enjamy önümleri
QYR (Hengzhou Bozhi) -niň statistikasyna we çaklamalaryna görä, 2021-nji ýylda dünýädäki tantal karbid örtük bazaryndaky satuwy ABŞ-nyň 1.5986 million dollaryna ýetdi (Kriiniň özi öndüren we özi bilen üpjün edilen tantal karbid örtük enjamlaryny hasaba almazdan) we henizem ir. pudagyny ösdürmegiň tapgyrlary.
1. Kristal ulalmagy üçin zerur bolan kristal giňeldiş halkalary we çüýleri: Her kärhana üçin 200 kristal ösüş peçine esaslanyp, 30 sany kristal ösüş kompaniýasy tarapyndan talap edilýän TaC örtükli enjamlaryň bazar paýy takmynan 4,7 milliard ýuana deňdir.
2. TaC gap-gaçlary: Her tarelka 3 wafli göterip biler, her tarelka 1 aý ulanylyp bilner we her 100 wafli üçin 1 tarelka sarp edilýär. 3 million wafli 30,000 TaC gap-gaçlary talap edýär, her tarel 20 000 töweregi we her ýyl takmynan 600 million gerek.
3. Uglerodyň azaldylmagynyň beýleki ssenarileri. Temperatureokary temperaturaly peç asty, CVD burun, peç turbalary we ş.m. takmynan 100 million.
Iş wagty: Iýul-02-2024