Бір кристалды пештерде TaC қапталған графит бөлшектерін қолдану

қолдануTaC қапталған графит бөліктерімонокристалды 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, кристалдар өседі 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) Жоғарғы TaC жабыны бар тұқым кронштейні (SiC тұқымын қоса)

(c) TAC жабыны бар графит бағыттаушы сақина

MOCVD GaN эпитаксиалды қабат өсу қыздырғышы

БӨЛІМ/2

MOCVD (металл-органикалық химиялық булардың тұндыру) GaN өсуі саласында, металлорганикалық ыдырау реакциялары арқылы жұқа қабықшалардың бу эпитаксиалды өсуінің шешуші әдісі, қыздырғыш реакция камерасында температураны дәл бақылауға және біркелкілікке қол жеткізуде маңызды рөл атқарады. 3 (а) суретінде көрсетілгендей, жылытқыш MOCVD жабдығының негізгі құрамдас бөлігі болып саналады. Оның субстратты ұзақ уақыт бойы (қайталанатын салқындату циклдерін қоса) жылдам және біркелкі қыздыру қабілеті, жоғары температураға төтеп беру (газ коррозиясына қарсы тұру) және пленка тазалығын сақтау қабықшаның тұндыру сапасына, қалыңдығының консистенциясы мен чип өнімділігіне тікелей әсер етеді.

MOCVD GaN өсу жүйелеріндегі жылытқыштардың өнімділігі мен қайта өңдеу тиімділігін арттыру үшін TaC қапталған графит жылытқыштарын енгізу сәтті болды. pBN (пиролитикалық бор нитриді) жабындарын пайдаланатын кәдімгі жылытқыштардан айырмашылығы, TaC жылытқыштары арқылы өсірілген GaN эпитаксиалды қабаттары бірдей дерлік кристалдық құрылымдарды, қалыңдықтың біркелкілігін, ішкі ақаулардың пайда болуын, қоспаларды қоспалауды және ластану деңгейлерін көрсетеді. Сонымен қатар, TaC жабыны төмен қарсылық пен төмен беттік сәуле шығаруды көрсетеді, нәтижесінде жылытқыштың тиімділігі мен біркелкілігі жақсарады, осылайша қуат тұтынуы мен жылу жоғалуын азайтады. Процесс параметрлерін бақылау арқылы жабынның кеуектілігін қыздырғыштың радиациялық сипаттамаларын одан әрі жақсарту және оның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін реттеуге болады [5]. Бұл артықшылықтар MOCVD GaN өсу жүйелері үшін тамаша таңдау ретінде TaC қапталған графит жылытқыштарын белгілейді.

ІНЖІР. 3. (а) GaN эпитаксиалды өсуіне арналған MOCVD құрылғысының схемалық диаграммасы

(b) MOCVD қондырғысында орнатылған қалыпталған TAC жабыны бар графит жылытқышы, негіз мен кронштейнді қоспағанда (жылыту кезіндегі негіз мен кронштейнді көрсететін сурет)

(c) 17 GaN эпитаксиалды өсуден кейін TAC жабыны бар графит жылытқышы. 

Эпитаксияға арналған қапталған қабылдағыш (вафельді тасымалдаушы)

БӨЛІМ/3

SiC, AlN және GaN сияқты үшінші класты жартылай өткізгіш пластиналарды дайындауда қолданылатын шешуші құрылымдық құрамдас пластинаны тасымалдаушы эпитаксиалды пластинаның өсу процестерінде маңызды рөл атқарады. Әдетте графиттен жасалған пластинаны тасымалдаушы 1100-ден 1600 °C-қа дейінгі эпитаксиалды температура диапазонында технологиялық газдардан коррозияға қарсы тұру үшін SiC-пен қапталған. Қорғаныс жабынының коррозияға төзімділігі пластинаның қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді. Тәжірибе нәтижелері көрсеткендей, TaC жоғары температуралы аммиак әсер еткенде SiC қарағанда шамамен 6 есе баяу коррозия жылдамдығын көрсетеді. Жоғары температуралы сутекті орталарда TaC коррозиясының жылдамдығы SiC қарағанда 10 еседен астам баяу.

Эксперименттік дәлелдер TaC-пен қапталған науалар қоспаларды енгізбестен көк жарық GaN MOCVD процесінде тамаша үйлесімділік көрсететінін көрсетті. Шектеулі процесс реттеулерімен TaC тасымалдаушыларын пайдаланып өсірілген жарық диодтары әдеттегі SiC тасымалдаушыларымен өсірілгендермен салыстырмалы өнімділік пен біркелкілігін 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:

900-2300℃ температурада тантал және көміртек көздері ретінде TaCl5 және CnHm, тотықсыздандырғыш атмосфера ретінде H₂, Ar₂as тасымалдаушы газ, реакциялық тұндыру пленкасы. Дайындалған жабын ықшам, біркелкі және жоғары тазалықта. Дегенмен, күрделі процесс, қымбат баға, қиын ауа ағынын басқару және төмен тұндыру тиімділігі сияқты кейбір 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 жоғары температурада плазмалық доғамен балқытылады, жоғары жылдамдықтағы ағынмен жоғары температуралы тамшыларға атомизацияланады және графит материалының бетіне шашылады. Вакуумсыз оксид қабатын құру оңай, ал энергия шығыны үлкен.

TaC қапталған графит бөліктерін шешу керек

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:

Жоғары температура жағдайында қоспалар мен ластануды болдырмау үшін TaC жабыны өте жоғары тазалық болуы керек және толық жабынның бетіндегі және ішіндегі бос көміртегі мен меншікті қоспалардың тиімді мазмұн стандарттары мен сипаттама стандарттары келісілуі 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:

Қаптама бетінің біркелкі таралуы жергілікті термиялық кернеу концентрациясына әкелуі мүмкін, бұл крекинг пен шөгу қаупін арттырады. Сонымен қатар, бетінің кедір-бұдырлығы жабын мен сыртқы ортаның өзара әрекеттесуіне тікелей әсер етеді, ал тым жоғары кедір-бұдырлық пластинамен үйкелістің жоғарылауына және біркелкі емес жылу өрісіне оңай әкеледі.

БӨЛІМ/6

Астық мөлшері:

Біркелкі дән мөлшері жабынның тұрақтылығына көмектеседі. Егер түйіршік мөлшері аз болса, байланыс тығыз емес, ол оңай тотығады және коррозияға ұшырайды, нәтижесінде дән жиегінде көптеген жарықтар мен саңылаулар пайда болады, бұл жабынның қорғаныш қасиетін төмендетеді. Егер астық мөлшері тым үлкен болса, ол салыстырмалы түрде өрескел болады, ал жабын термиялық кернеу кезінде қабыршақтанады.

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 төмендетеді және әртүрлі қолдану сценарийлерінің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін графит бөліктерінің күрделі пішіндеріне бейімделуі мүмкін.