Хәзерге вакытта ярымүткәргечләрнең өченче буыны өстенлек итәкремний карбид. Devicesайланмаларының бәясе структурасында субстрат 47%, эпитакси 23% тәшкил итә. Икесе якынча 70% тәшкил итә, бу иң мөһим өлешкремний карбидҗайланма җитештерү тармагы чылбыры.
Әзерләү өчен еш кулланыла торган ысулкремний карбидбер кристалл - ПВТ (физик парны ташу) ысулы. Принцип - чималны югары температура зонасында һәм орлык кристаллын чагыштырмача түбән температура зонасында ясау. Higherгары температурада чимал таркала һәм сыек фазасыз газ фазасы матдәләрен җитештерә. Бу газ фазасы матдәләре орлык кристаллына күчәр температурасы градиенты йөртүче астында ташыла, һәм нуклеат һәм орлык кристаллында үсә, кремний карбид бер кристалл барлыкка китерә. Хәзерге вакытта Кри, II-VI, SiCrystal, Dow кебек чит ил компанияләре һәм Tianyue Advanced, Tianke Heda, Century Golden Core кебек эчке компанияләр барысы да бу ысулны кулланалар.
Кремний карбидының 200 дән артык кристалл формасы бар, һәм кирәкле бер кристалл формасын булдыру өчен бик төгәл контроль кирәк (төп агым 4H кристалл формасы). Tianyue Advanced проспекты буенча, 2018-2020 һәм H1 2021 елларда компаниянең кристалл таяк җитештерүчәнлеге тиешенчә 41%, 38.57%, 50,73% һәм 49,90%, һәм субстрат уңышлары тиешенчә 72,61%, 75,15%, 70,44% һәм 75,47%. Комплекслы уңыш хәзерге вакытта 37,7% тәшкил итә. ПВТ төп агымын мисал итеп алсак, аз уңыш, нигездә, SiC субстратын әзерләүдә түбәндәге кыенлыклар аркасында килеп чыга:
1. Температура кырын контрольдә тоту кыенлыгы: SiC кристалл чыбыклары 2500 a югары температурада җитештерелергә тиеш, кремний кристаллларына бары тик 1500 need кирәк, шуңа күрә махсус кристалл мичләр кирәк, һәм җитештерү температурасы җитештерү вакытында төгәл контрольдә тотылырга тиеш. белән идарә итү бик авыр.
2. Акрын җитештерү тизлеге: традицион кремний материалларының үсеш темплары сәгатенә 300 мм, ләкин кремний карбид бер кристалллары сәгатенә 400 микрон гына үсә ала, бу аерманың 800 тапкырга якын.
3. Яхшы продукт параметрларына югары таләпләр, һәм кара тартма җитештерүне вакытында контрольдә тоту кыен: SiC ваферларының төп параметрларына микротуб тыгызлыгы, дислокация тыгызлыгы, каршылык, бит, өслек тупаслыгы һ.б. керә, кристалл үсеш процессында ул. кремний-углерод коэффициенты, үсеш температурасы градиенты, кристалл үсеш темплары, һава агымы басымы кебек параметрларны төгәл контрольдә тоту өчен кирәк. Otherwiseгыйсә, полиморфик инклюзияләр булырга мөмкин, нәтиҗәдә квалификациясез кристаллар. Графитның кара тартмасында кристаллның үсеш торышын реаль вакытта күзәтеп булмый, һәм бик төгәл җылылык кырын контрольдә тоту, материалны туры китерү, тәҗрибә туплау таләп ителә.
4. Кристаллны киңәйтүдә кыенлык: Газ фазасы транспорт ысулы буенча, SiC кристалл үсешенең киңәйтү технологиясе бик авыр. Кристалл зурлыгы арта барган саен, аның үсеш кыенлыгы тиз арта.
5. Гомумән түбән уңыш: түбән уңыш, нигездә, ике сылтамадан тора: (1) Бәллүр таяк җитештерү = ярымүткәргеч класслы кристалл таяк чыгару / (ярымүткәргеч класслы кристалл таяк чыгару + ярымүткәргеч булмаган кристалл таяк чыгару) × 100%; (2) Субстрат уңыш = квалификацияле субстрат чыгару / (квалификацияле субстрат чыгару + квалификацияләнмәгән субстрат чыгару) × 100%.
Highгары сыйфатлы һәм югары уңыш әзерләгәндәкремний карбид субстратлары, җитештерү температурасын төгәл контрольдә тоту өчен, үзәк яхшырак җылылык кыры материалларына мохтаҗ. Хәзерге вакытта кулланыла торган җылылык кыры комплектлары, нигездә, югары чисталыклы графит структур өлешләр, алар углерод порошогын һәм кремний порошогын җылыту һәм эретү, җылы тоту өчен кулланыла. Графит материаллары югары специфик көч һәм конкрет модуль, яхшы җылылык шокына һәм коррозиягә каршы тору үзенчәлекләренә ия, ләкин аларда югары температуралы кислород шартларында җиңел оксидлашу, аммиакка каршы тору, начар сызылуга каршы тору бар. Кремний карбид процессында бер кристалл үсеш һәмкремний карбид эпитаксиаль ваферҗитештерү, кешеләрнең графит материалларын куллану өчен көннән-көн катгый таләпләрен канәгатьләндерү кыен, бу аның үсешен һәм практик кулланылышын чикли. Шуңа күрә тантал карбид кебек югары температуралы каплаулар чыга башлады.
2. ХарактеристикаларыТантал карбид каплавы
TaC керамикасының эретү ноктасы 3880 up кадәр, югары каты (Мох каты 9-10), зур җылылык үткәрүчәнлеге (22W · m-1 · K - 1), зур бөкләү көче (340-400MPa), һәм кечкенә җылылык киңәюе бар. коэффициенты (6,6 × 10−6К - 1), һәм искиткеч термохимик тотрыклылык һәм искиткеч физик үзлекләр күрсәтә. Аның яхшы химик яраклашуы һәм графит һәм C / C композит материаллары белән механик яраклашуы бар. Шуңа күрә, TaC капламы аэрокосмик җылылык саклауда, бер кристалл үсешендә, энергия электроникасында һәм медицина җиһазларында киң кулланыла.
TaC белән капланганграфит ялан графитка яки SiC белән капланган графитка караганда химик коррозиягә караганда яхшырак, 2600 ° югары температурада тотрыклы кулланырга мөмкин, һәм күп металл элементлар белән реакция ясамый. Бу өченче буын ярымүткәргечнең бер кристалл үсеше һәм вафер сценарийлары өчен иң яхшы каплау. Бу процесста температура һәм пычраклар белән идарә итүне сизелерлек яхшырта һәм әзерли алаюгары сыйфатлы кремний карбид ваферларыһәм бәйләнешлеэпитаксиаль ваферлар. Бу аеруча MOCVD җиһазлары булган GaN яки AlN бер кристаллларын үстерү һәм PVT җиһазлары белән SiC бер кристаллларын үстерү өчен яраклы, һәм үскән бер кристаллларның сыйфаты сизелерлек яхшыра.
III. Тантал карбид белән капланган җайланмаларның өстенлекләре
Tantalum Carbide TaC капламасын куллану кристалл кыры җитешсезлекләрен чишә һәм кристалл үсеш сыйфатын яхшырта ала. Бу "тиз үсү, калын үсү, озын үсү" нең төп техник юнәлешләренең берсе. Промышленность тикшеренүләре шулай ук күрсәтте: Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible бертөрле җылытуга ирешә ала, шуның белән SiC бер кристалл үсеше өчен искиткеч процесс контроле бирә, шулай итеп SiC кристалллары читендәге поликристалл формалашу мөмкинлеген сизелерлек киметә. Моннан тыш, Тантал Карбид Графит Каплау ике төп өстенлеккә ия:
(I) SiC җитешсезлекләрен киметү
SiC бер кристалл җитешсезлекләрен контрольдә тоту өчен, гадәттә, өч мөһим юл бар. Growthсеш параметрларын һәм югары сыйфатлы чыганак материалларын оптимальләштерүгә өстәп (SiC чыганак порошогы кебек), Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible куллану шулай ук яхшы кристалл сыйфатына ирешә ала.
Гадәттәге графитның схематик схемасы (а) һәм TAC белән капланган (б)
Кореядагы Көнчыгыш Европа Университеты тикшеренүләре күрсәткәнчә, SiC кристалл үсешенең төп пычраклыгы азот, һәм тантал карбид белән капланган графит крестибллары SiC кристаллларының азот кушылуын эффектив чикли ала, шуның белән микропипалар кебек кимчелекләр барлыкка килүен киметә һәм кристаллны яхшырта. сыйфат. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, шул ук шартларда гадәти графит крестиблларында һәм TAC капланган крестикларда үскән SiC ваферларының ташучы концентрацияләре якынча 4,5 × 1017 / см һәм 7,6 × 1015 / см.
Гадәттәге графит крестиблларында (a) һәм TAC капланган крестибльләрдә үскән SiC бер кристаллдагы кимчелекләрне чагыштыру.
(II) Графит крестикларның тормышын яхшырту
Хәзерге вакытта SiC кристаллларының бәясе югары булып кала, шуның графит куллану бәясе якынча 30% тәшкил итә. Графит куллану бәясен киметүнең ачкычы - аның хезмәт срогын арттыру. Британия тикшеренү төркеме мәгълүматлары буенча, тантал карбид каплаулары графит компонентларының хезмәт итү вакытын 30-50% озайтырга мөмкин. Бу исәпләү буенча, тантал карбид белән капланган графитны алыштыру гына SiC кристаллларының бәясен 9% -15% ка киметергә мөмкин.
4. Тантал карбид каплау әзерләү процессы
TaC каплауны әзерләү ысулларын өч категориягә бүлеп була: каты фаза ысулы, сыек фаза ысулы һәм газ фазасы ысулы. Каты фаза ысулы, нигездә, киметү ысулын һәм химик ысулны үз эченә ала; сыек фаза ысулы эретелгән тоз ысулы, эремчек-гель ысулы (Сол-Гель), эретү-синтерлау ысулы, плазма сиптерү ысулы; газ фазасы ысулына химик пар парламенты (CVD), химик парларның инфилтрациясе (CVI) һәм физик пар парламенты (PVD) керә. Төрле ысулларның үз өстенлекләре һәм кимчелекләре бар. Алар арасында, CVD - чагыштырмача җитлеккән һәм TaC капламаларын әзерләү өчен киң кулланылган ысул. Процессның өзлексез камилләшүе белән, кайнар чыбык химик пар парламенты һәм ион нуры ярдәмендә химик пар парламенты кебек яңа процесслар эшләнде.
TaC каплавы үзгәртелгән углерод нигезендәге материалларга, нигездә, графит, углерод җепселләре, углерод / углерод композит материаллары керә. Графитта TaC капламаларын әзерләү ысулларына плазма сиптерү, CVD, пычрак синтеринг һ.б. керә.
CVD ысулының өстенлекләре: TaC капламаларын әзерләү өчен CVD ысулы тантал халидына (TaX5) тантал чыганагы һәм углеводород (CnHm) углерод чыганагы буларак нигезләнә. Аерым шартларда алар тиешенчә Ta һәм C череп бетәләр, аннары TaC капламаларын алу өчен бер-берсе белән реакция ясыйлар. CVD ысулы түбән температурада үткәрелергә мөмкин, бу кимчелекләрдән һәм югары температураны әзерләү яки каплауларны эшкәртү аркасында килеп чыккан механик үзлекләрне киметә ала. Катламның составы һәм структурасы контрольдә тотыла, һәм ул югары чисталык, югары тыгызлык һәм бердәм калынлык өстенлекләренә ия. Иң мөһиме, CVD әзерләгән TaC капламаларының составы һәм структурасы конструкцияләнергә һәм җиңел контрольдә тотылырга мөмкин. Бу югары сыйфатлы TaC капламаларын әзерләү өчен чагыштырмача җитлеккән һәм киң кулланылган ысул.
Процессның төп йогынты ясаучы факторлары:
A. Газ агымы тизлеге (танталь чыганагы, углеводород газы углерод чыганагы, ташучы газ, Ar2 эретү газы, H2 газын киметү): Газ агымының үзгәрүе температура кырына, басым кырына, газ агымы кырына зур йогынты ясый. реакция палатасы, каплауның составы, структурасы, эшләнеше үзгәрүенә китерә. Ar агымының тизлеген арттыру каплау үсеш темпын акрынайтачак һәм ашлык күләмен киметәчәк, ә TaCl5, H2 һәм C3H6 моляр масса коэффициенты каплау составына тәэсир итә. H2-ның TaCl5 белән моляр катнашлыгы (15-20): 1, бу кулайрак. TaCl5 белән C3H6 моляр коэффициенты теоретик яктан 3: 1 гә якын. Артык TaCl5 яки C3H6 Ta2C яки ирекле углерод барлыкка килүгә китерәчәк, бу вафер сыйфатына тәэсир итә.
B. Чүпләү температурасы: чүпләү температурасы никадәр югары булса, чүпләнү тизлеге, ашлык күләме зуррак һәм каплау тупасрак. Моннан тыш, углеводородның C һәм TaCl5 бүленешенең температурасы һәм тизлеге төрле, һәм Ta һәм C Ta2C формалашу ихтималы зур. TaC каплауга үзгәртелгән углерод материалларына температура зур йогынты ясый. Чүлмәк температурасы арта барган саен, чүпләнү тизлеге арта, кисәкчәләр күләме арта, һәм кисәкчәләрнең формасы сфериктан полиедральгә үзгәрә. Моннан тыш, чүп температурасы никадәр югары булса, TaCl5 бозылу тизрәк, ирекле C азрак булачак, каплаудагы стресс шулкадәр зур, һәм ярыклар җиңел барлыкка киләчәк. Ләкин, түбән температура каплау эффективлыгын түбәнәйтүгә китерәчәк, озынрак чимал вакыты һәм чимал чыгымнары югарырак.
C. Чокыр басымы: Чокыр басымы материаль өслекнең ирекле энергиясе белән тыгыз бәйләнгән һәм реакция камерасында газның яшәү вакытына тәэсир итәчәк, шуның белән каплауның нуклеация тизлегенә һәм кисәкчәләр зурлыгына тәэсир итәчәк. Чокыр басымы арта барган саен, газның яшәү вакыты озынрак була, реакторларның нуклеяция реакцияләрен кичерү өчен күбрәк вакыты бар, реакция тизлеге арта, кисәкчәләр зуррак була, һәм каплау калынрак була; киресенчә, чокыр басымы кимегәндә, реакция газының яшәү вакыты кыска, реакция тизлеге акрыная, кисәкчәләр кечерәк була, һәм каплау нечкә була, ләкин чүпләү басымы кристалл структурасына һәм каплау составына аз тәэсир итә.
V. Тантал карбид каплауның үсеш тенденциясе
TaC-ның җылылык киңәю коэффициенты (6,6 × 10−6К - 1) графит, углерод җепселләре һәм C / C композицион материаллар кебек углеродлы материаллардан бераз аерылып тора, бу бер фазалы TaC каплагычлары ярылырга мөмкин һәм егылып төшү. Абляция һәм оксидлашуга каршы торуны, югары температуралы механик тотрыклылыкны, һәм TaC капламаларының югары температуралы химик коррозиягә каршы торуын тагын да яхшырту өчен, тикшерүчеләр композит каплау системалары, каты эремә көчәйтелгән каплау системалары, градиент кебек каплау системалары буенча тикшеренүләр үткәрделәр. каплау системалары.
Композицион каплау системасы - бер каплау ярыкларын ябу. Гадәттә, башка капламалар TaC өслегенә яки эчке катламына кертелә, составлы каплау системасын формалаштыра; HfC, ZrC һ.б. каты чишелешне ныгыту каплау системасы TaC белән бер үк үзәк куб структурасына ия, һәм ике карбид бер-берсендә чиксез эри ала, каты чишелеш структурасы. Hf (Ta) C каплавы яраксыз һәм C / C составлы материалга яхшы ябыштырылган. Катлам бик яхшы анти-абляциягә ия; градиент каплау системасы градиент каплау аның калынлык юнәлеше буенча каплау компонентының концентрациясен аңлата. Структур эчке стрессны киметә, җылылык киңәйтү коэффициентларының туры килмәвен яхшырта һәм ярыклардан саклый ала.
(II) Тантал карбид каплау җайланмасы продуктлары
QYR (Хенчжоу Божи) статистикасы һәм фаразлары буенча, 2021-нче елда танталь карбид каплау базарында сату 1,5986 миллион АКШ долларына җитте (Кри үзе җитештергән һәм үз-үзен тәэмин иткән тантал карбид каплау җайланмасы продуктларын исәпкә алмаганда), һәм ул әле иртәрәк. сәнәгать үсеш этаплары.
1. Бәллүр үсеш өчен кирәк булган кристалл киңәйтү боҗралары һәм кристалллар: Бер предприятиягә 200 кристалл үсеш миченә нигезләнеп, 30 кристалл үсеш компаниясе таләп иткән TaC капланган җайланмаларның базар өлеше якынча 4,7 миллиард юань.
2. TaC подшипниклары: Eachәрбер поднос 3 вафер йөртә ала, һәр подносны 1 ай кулланырга мөмкин, һәм һәр 100 вафер өчен 1 подшипник кулланыла. 3 млн.
3. Башка углеродны киметү сценарийлары. Highгары температуралы мич асфальты, CVD уты, мич торбалары һ.б. кебек якынча 100 миллион.
Пост вакыты: Июль-02-2024