Tantangan Aplikasi lan Pangembangan Komponen Grafit Dilapisi TaC

Ing konteks wutah wafer Silicon Carbide (SiC), bahan grafit tradisional lan komposit karbon-karbon sing digunakake ing lapangan termal ngadhepi tantangan sing signifikan kanggo nahan atmosfer kompleks ing 2300 ° C (Si, SiC₂, Si₂C). Bahan kasebut ora mung duwe umur sing cendhak, mbutuhake panggantos bagean sing beda sawise siji nganti sepuluh siklus tungku, nanging uga ngalami sublimasi lan volatilisasi ing suhu dhuwur. Iki bisa nyebabake pembentukan inklusi karbon lan cacat kristal liyane. Kanggo mesthekake kualitas dhuwur lan wutah stabil saka kristal semikonduktor nalika considering biaya produksi industri, iku penting kanggo nyiyapake suhu ultra-dhuwur lan karat-tahan lapisan Keramik ing komponen grafit. Lapisan iki ngluwihi umur bagean grafit, nyegah migrasi impurity, lan nambah kemurnian kristal. Sajrone wutah epitaxial SiC, basa grafit sing dilapisi SiC biasane digunakake kanggo ndhukung lan panas substrat kristal tunggal. Nanging, umur dhasar iki isih perlu dandan, lan mbutuhake reresik periodik kanggo mbusak celengan SiC saka antarmuka. Ing comparison, TantalumCarbide (TaC) coatingnawakake resistance unggul kanggo atmosfer korosif lan suhu dhuwur, nggawe teknologi wigati kanggo entuk wutah kristal SiC optimal.

Kanthi titik lebur 3880 ° C,TaCnuduhake kekuatan mechanical dhuwur, atose, lan resistance kejut termal. Iku njaga inertness kimia banget lan stabilitas termal ing kahanan suhu dhuwur nglibatno amonia, hidrogen, lan uap sing ngemot silikon. Bahan grafit (komposit karbon-karbon) sing dilapisiTaCbanget njanjeni minangka panggantos kanggo grafit kemurnian dhuwur tradisional, pBN-dilapisi, lan komponen SiC-dilapisi. Kajaba iku, ing lapangan aerospace,TaCnduweni potensial pinunjul kanggo nggunakake minangka lapisan tahan oksidasi lan ablasi-suhu dhuwur, nawakake prospek aplikasi sing wiyar. Nanging, entuk kandhel, seragam, lan non-peelinglapisan TaCing lumahing grafit lan mromosiaken produksi skala industri menehi sawetara tantangan. Ngerteni mekanisme protèktif lapisan, proses produksi inovasi, lan saingan karo standar internasional paling penting kanggo wutah lan pangembangan epitaxial semikonduktor generasi katelu.

Kesimpulane, pangembangan lan aplikasi komponen grafit sing dilapisi TaC penting kanggo ngembangake teknologi pertumbuhan wafer SiC. Ngatasi tantangan inglapisan TaCpreparation lan industrialisasi bakal tombol kanggo mesthekake wutah kristal semikonduktor kualitas dhuwur lan ngembangaken nggunakakelapisan TaCing macem-macem aplikasi suhu dhuwur.

1. Aplikasi TaC Coated Graphite Component

(1) Crucible, wadhah kristal wiji lan tabung aliran ingPertumbuhan PVT Kristal Tunggal SiC lan AlN

Sajrone metode transportasi uap fisik (PVT) kanggo persiapan SiC, kristal wiji dilebokake ing zona suhu sing relatif rendah nalika bahan mentah SiC ana ing zona suhu dhuwur (ndhuwur 2400 ° C). Bahan mentah kasebut decomposes kanggo ngasilake spesies gas (SiXCy), sing diangkut saka zona suhu dhuwur menyang zona suhu rendah ing ngendi kristal wiji dumunung. Proses iki, sing kalebu nukleasi lan wutah kanggo mbentuk kristal tunggal, mbutuhake bahan medan panas kaya crucibles, dering aliran, lan wadhah kristal wiji sing tahan kanggo suhu dhuwur lan ora ngobati bahan mentah lan kristal SiC. Persyaratan sing padha ana kanggo pertumbuhan kristal tunggal AlN, ing ngendi unsur pemanas kudu nolak uap Al lan korosi N2 lan duwe suhu eutektik sing dhuwur kanggo nyepetake siklus persiapan kristal.

Studies wis ditampilake sing nggunakakeBahan grafit sing dilapisi TaCing lapangan panas kanggo preparation SiC lan AlN asil ing kristal resik karo kurang karbon, oksigen, lan impurities nitrogen. Cacat pinggiran diminimalisir, lan resistivity ing wilayah sing beda-beda dikurangi kanthi signifikan, bebarengan karo kepadatan micropore lan etch pit, ningkatake kualitas kristal. Salajengipun, ingTaCcrucible nuduhake bobot mundhut diabaikan lan ora karusakan, saéngga kanggo nggunakake maneh (kanthi umur nganti 200 jam), nambah sustainability lan efficiency saka preparation kristal siji.

(2) Pemanas ing MOCVD GaN Epitaxial Layer Wutah

Wutah MOCVD GaN melu nggunakake teknologi deposisi uap kimia kanggo tuwuh film tipis kanthi epitaxial. Presisi lan keseragaman suhu kamar nggawe pemanas dadi komponen penting. Sampeyan kudu terus-terusan lan seragam panas substrat ing wektu sing suwe lan njaga stabilitas ing suhu dhuwur ing gas korosif.

Kanggo nambah kinerja lan daur ulang pemanas sistem MOCVD GaN,TaC dilapisi grafitpemanas wis kasil ngenalaken. Dibandhingake karo pemanas tradisional kanthi lapisan pBN, pemanas TaC nuduhake kinerja sing padha ing struktur kristal, keseragaman ketebalan, cacat intrinsik, doping impurity, lan tingkat kontaminasi. Resistivitas rendah lan emisivitas permukaanlapisan TaCnambah efisiensi lan keseragaman pemanas, nyuda konsumsi energi lan boros panas. Porositas lapisan sing bisa diatur luwih nambah karakteristik radiasi pemanas lan ndawakake umure, nggaweTaC dilapisi grafitpemanas pilihan unggul kanggo sistem wutah MOCVD GaN.

Gambar 2. (a) Diagram skematik aparat MOCVD kanggo pertumbuhan epitaxial GaN

(b) Pemanas grafit sing dilapisi TaC sing dipasang ing persiyapan MOCVD, ora kalebu pangkalan lan penyangga (inset nuduhake dhasar lan ndhukung nalika dadi panas)

(c)Pemanas grafit sing dilapisi TaC sawise 17 siklus pertumbuhan epitaxial GaN

(3)Baki Lapisan Epitaxial (Pembawa Wafer)

Pembawa wafer minangka komponen struktural kritis ing nyiapake lan pertumbuhan epitaxial wafer semikonduktor generasi katelu kayata SiC, AlN, lan GaN. Umume operator wafer digawe saka grafit lan dilapisi SiC kanggo nolak karat saka proses gas, beroperasi ing sawetara suhu 1100 nganti 1600 ° C. Kemampuan anti-karat saka lapisan protèktif iku wigati kanggo umur operator.

Riset nuduhake yen tingkat korosi TaC luwih alon tinimbang SiC ing lingkungan amonia lan hidrogen suhu dhuwur, nggaweTaC dilapisinampan luwih kompatibel karo pangolahan GaN MOCVD biru lan nyegah impurity introduction. kinerja LED thukul nggunakakeoperator TaCiku iso dibandhingke kanggo operator SiC tradisional, karoTaC dilapisitray nuduhake umur unggul.

Figure 3. Wafer tray digunakake ing peralatan MOCVD (Veeco P75) kanggo wutah epitaxial GaN. Baki ing sisih kiwa dilapisi TaC, dene baki ing sisih tengen dilapisi SiC

2. Tantangan ing TaC Coated Graphite Komponen

Adhesion:Koefisien ekspansi termal beda antaraneTaClan bahan karbon nyebabake kekuatan adhesion lapisan sing kurang, saengga gampang retak, porositas, lan stres termal, sing bisa nyebabake spallation lapisan ing atmosfer korosif lan siklus suhu bola-bali.

Kemurnian: lapisan TaCkudu njaga kemurnian Ultra-dhuwur supaya ora ngenalke impurities ing suhu dhuwur. Standar kanggo ngevaluasi karbon bebas lan impurities intrinsik ing lapisan kudu ditetepake.

Stabilitas:Resistance kanggo suhu dhuwur ndhuwur 2300 ° C lan atmosfer kimia iku kritis. Cacat kayata pinholes, retak, lan wates butir kristal tunggal rentan kanggo infiltrasi gas korosif, sing nyebabake kegagalan lapisan.

Ketahanan oksidasi:TaCwiwit ngoksidasi ing suhu ndhuwur 500 ° C, mbentuk Ta2O5. Tingkat oksidasi mundhak kanthi konsentrasi temperatur lan oksigen, wiwit saka wates butir lan butir cilik, sing nyebabake degradasi lapisan sing signifikan lan pungkasane spallation.

Keseragaman lan Kasar: Distribusi lapisan sing ora konsisten bisa nyebabake stres termal lokal, nambah risiko retak lan spallation. Kekasaran permukaan mengaruhi interaksi karo lingkungan njaba, kanthi kekasaran sing luwih dhuwur nyebabake gesekan lan medan termal sing ora rata.

Ukuran gandum:Ukuran gandum sing seragam nambah stabilitas lapisan, dene biji-bijian sing luwih cilik rentan kanggo oksidasi lan karat, ndadékaké tambah porositas lan suda proteksi. Gandum sing luwih gedhe bisa nyebabake spallation sing disebabake stres termal.

3. Kesimpulan lan Outlook

Komponen grafit sing dilapisi TaC duwe permintaan pasar sing signifikan lan prospek aplikasi sing wiyar. Produksi utama sakalapisan TaCsaiki gumantung ing komponen CVD TaC, nanging biaya dhuwur lan efficiency Deposition winates saka peralatan CVD durung diganti SiC tradisional ditutupi bahan grafit. Cara sintering kanthi efektif bisa nyuda biaya bahan mentah lan nampung bentuk grafit sing kompleks, nyukupi kabutuhan aplikasi sing beda-beda. Perusahaan kaya AFTech, CGT Carbon GmbH, lan Toyo Tanso wis diwasalapisan TaCpangolahan lan dominasi pasar.

Ing China, pangembanganKomponen grafit sing dilapisi TaCisih ing tataran industrialisasi eksperimen lan awal. Kanggo maju industri, ngoptimalake cara preparation saiki, njelajah pangolahan lapisan TaC kualitas anyar, lan pangertenlapisan TaCmekanisme pangayoman lan mode Gagal penting. NgembangakeAplikasi lapisan TaCmbutuhake inovasi terus-terusan saka institusi riset lan perusahaan. Nalika pasar semikonduktor generasi katelu domestik mundhak, panjaluk lapisan berkinerja tinggi bakal nambah, nggawe alternatif domestik dadi tren industri ing mangsa ngarep.**