TaC estalitako grafito piezen aplikazioa kristal bakarreko labeetan

ren aplikazioaTaC estalitako grafito zatiakKristal bakarreko labeetan

ZATIA/1

SiC eta AlN kristal bakarren hazkuntzan, lurrun-garraio fisikoaren (PVT) metodoa erabiliz, osagai erabakigarriak, hala nola arragoa, hazien euskarria eta gida-eraztunak ezinbestekoak dira. 2. Irudian [1] irudikatzen den bezala, PVT prozesuan zehar, hazi-kristala tenperatura baxuagoko eskualdean kokatzen da, eta SiC lehengaia tenperatura altuagoetara jasaten da (2400 ℃-tik gora). Horrek lehengaiaren deskonposizioa dakar, SiXCy konposatuak ekoizten ditu (batez ere Si, SiC₂, Si₂C, etab. barne). Ondoren, lurrun faseko materiala tenperatura altuko eskualdetik tenperatura baxuko eskualdeko hazi-kristalera garraiatzen da, eta ondorioz, hazi-nukleoak sortzen dira, kristalen hazkuntza eta kristal bakarren sorreran. Hori dela eta, prozesu honetan erabiltzen diren eremu termikoko materialek, hala nola arragoa, fluxuaren gida-eraztunak eta hazi-kristalen euskarria, tenperatura altuko erresistentzia erakutsi behar dute SiC lehengaiak eta kristal bakarrak kutsatu gabe. Era berean, AlN kristalen hazkuntzan erabiltzen diren berogailu-elementuek Al lurruna eta N₂ korrosioa jasan behar dute, eta tenperatura eutektiko altua dute (AlNrekin) kristalak prestatzeko denbora murrizteko.

SiC [2-5] eta AlN [2-3] prestatzeko TaC estalitako grafitozko eremu termikoko materialak erabiltzeak karbono (oxigenoa, nitrogenoa) eta beste ezpurutasun gutxieneko produktu garbiagoak lortzen dituela ikusi da. Material hauek ertz-akats gutxiago eta erresistentzia txikiagoa erakusten dituzte eskualde bakoitzean. Gainera, mikroporoen eta akuaforte-hobien dentsitatea (KOH akuafortearen ondoren) nabarmen murrizten da, kristalen kalitatea nabarmen hobetzea ekarriz. Gainera, TaC arragoa pisu galera ia nulua erakusten du, itxura ez-suntsitzailea mantentzen du eta birzikla daiteke (200 ordurainoko bizitzarekin), horrela kristal bakarreko prestaketa prozesuen iraunkortasuna eta eraginkortasuna hobetuz.

IRUDIA. 2. (a) SiC kristal bakarreko lingoteak hazteko gailuaren diagrama eskematikoa PVT metodoaren bidez

(b) Goiko TaC estalitako haziaren euskarria (SiC hazia barne)

(c) TAC estalitako grafitozko gida-eraztuna

MOCVD GaN Epitaxial Geruza Hazkunde Berogailua

ZATIA/2

MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) GaN hazkuntzaren alorrean, film meheen lurrun epitaxialaren hazkuntzarako teknika funtsezkoa den deskonposizio organometalikoko erreakzioen bidez, berogailuak ezinbesteko zeregina du erreakzio-ganberaren tenperaturaren kontrol zehatza eta uniformetasuna lortzeko. 3 (a) Irudian azaltzen den bezala, berogailua MOCVD ekipoaren oinarrizko osagaitzat hartzen da. Substratua epe luzeetan azkar eta uniformeki berotzeko duen gaitasunak (hozte-ziklo errepikatuak barne), tenperatura altuak jasateko (gasaren korrosioari aurre egiteko) eta filmaren purutasuna mantentzeko zuzenean eragiten du filmaren deposizioaren kalitatean, lodieran koherentzian eta txiparen errendimenduan.

MOCVD GaN hazkuntza sistemetako berogailuen errendimendua eta birziklapen eraginkortasuna hobetzeko, TaC estalitako grafitozko berogailuen sarrera arrakastatsua izan da. pBN (boro nitruro pirolitikoa) estaldurak erabiltzen dituzten berogailu konbentzionalekin alderatuta, TaC berogailuen bidez hazitako GaN epitaxial geruzek kristal-egitura ia berdinak erakusten dituzte, lodiera-uniformitatea, berezko akatsen eraketa, ezpurutasun-dopaketa eta kutsadura-maila. Gainera, TaC estaldurak erresistentzia baxua eta gainazaleko emisio baxua erakusten ditu, berogailuaren eraginkortasuna eta uniformetasuna hobetzen ditu, eta, ondorioz, potentzia-kontsumoa eta bero-galera murrizten dira. Prozesuaren parametroak kontrolatuz, estalduraren porositatea doitu daiteke berogailuaren erradiazio-ezaugarriak areago hobetzeko eta bere bizitza luzatzeko [5]. Abantaila hauek TaC estalitako grafitozko berogailuak aukera bikaina gisa ezartzen dituzte MOCVD GaN hazkuntza sistemetarako.

IRUDIA. 3. (a) GaN epitaxiaren hazkuntzarako MOCVD gailuaren diagrama eskematikoa

(b) MOCVD konfigurazioan instalatutako TAC estalitako grafitozko berogailu moldatua, oinarria eta euskarria izan ezik (berokuntzan oinarria eta euskarria erakusten dituen ilustrazioa)

(c) TAC estalitako grafito-berogailua 17 GaN epitaxiaren hazkundearen ondoren. 

Epitaxirako estalitako susceptor (Obleen Eramailea)

ZATIA/3

Wafer-eramaileak, SiC, AlN eta GaN bezalako hirugarren mailako erdieroaleen obleen prestaketan erabiltzen den egitura-osagai erabakigarria, ezinbestekoa da oblea epitaxialaren hazkuntza-prozesuetan. Normalean grafitoz egina, obleen garraiatzailea SiCz estaltzen da prozesuko gasen korrosioari aurre egiteko, 1100 eta 1600 °C arteko tenperatura epitaxialean. Babes-estalduraren korrosioarekiko erresistentziak obleen eramailearen iraupenari eragiten dio nabarmen. Emaitz esperimentalek erakutsi dute TaC-k SiC-k baino 6 aldiz motelagoa duela korrosio-tasa gutxi gorabehera tenperatura altuko amoniakoaren eraginpean dagoenean. Tenperatura altuko hidrogeno-inguruneetan, TaC-ren korrosio-tasa SiC baino 10 aldiz motelagoa da.

Ebidentzia esperimentalek frogatu dute TaCz estalitako erretiluak bateragarritasun bikaina erakusten dutela argi urdineko GaN MOCVD prozesuan ezpurutasunik sartu gabe. Prozesuaren doikuntza mugatuekin, TaC eramaileekin hazitako LEDek SiC eramaile konbentzionalak erabiliz hazitakoen errendimendu eta uniformetasun parekoa erakusten dute. Ondorioz, TaC estalitako obleen garraiatzaileen bizitza estali gabeko eta SiC estalitako grafito-eramaileena gainditzen du.

Irudia. Ostia erretilua GaN epitaxial hazitako MOCVD gailuan erabili ondoren (Veeco P75). Ezkerrekoa TaCz estalita dago eta eskuinekoa SiCz.

Komuna prestatzeko metodoaTaC estalitako grafitozko piezak

ZATIA/1

CVD (Lurrun Kimikoen Deposizioa) metodoa:

900-2300 ℃-tan, TaCl5 eta CnHm tantalio eta karbono iturri gisa erabiliz, H₂ atmosfera erreduktore gisa, Ar₂as gas eramailea, erreakzio deposizio-filma. Prestatutako estaldura trinkoa, uniformea ​​eta purutasun handikoa da. Hala ere, arazo batzuk daude, hala nola prozesu konplikatua, kostu garestia, aire-fluxuaren kontrol zaila eta deposizioaren eraginkortasun baxua.

ZATIA/2

Minda sinterizatzeko metodoa:

Karbono iturria, tantalioa, sakabanatua eta aglutinatzailea dituen minda grafitoan estali eta tenperatura altuan sinterizatu egiten da lehortu ondoren. Prestatutako estaldura orientazio erregularrik gabe hazten da, kostu baxua du eta eskala handiko ekoizpenerako egokia da. Aztertu behar da grafito handietan estaldura uniforme eta osoa lortzea, euskarriaren akatsak ezabatzea eta estalduraren lotura-indarra areagotzea.

ZATIA/3

Plasma ihinztatzeko metodoa:

TaC hautsa plasma-arkuaren bidez urtzen da tenperatura altuan, abiadura handiko jet bidez tenperatura altuko tantetan atomizatu eta grafitozko materialaren gainazalean ihinztatzen da. Hutsean ez den oxido-geruza osatzea erraza da eta energia-kontsumoa handia da.

TaC estalitako grafito zatiak konpondu behar dira

ZATIA/1

Lotura-indarra:

Hedapen termikoaren koefizientea eta TaC eta karbono materialen arteko beste propietate fisikoak desberdinak dira, estalduraren lotura-indarra baxua da, zaila da pitzadurak, poroak eta estres termikoa saihestea, eta estaldura erraza da usteldura duen benetako atmosferan kentzea. igoera- eta hozte-prozesu errepikatua.

ZATIA/2

Garbitasuna:

TaC estaldurak purutasun oso altua izan behar du tenperatura altuko baldintzetan ezpurutasunak eta kutsadura saihesteko, eta estaldura osoaren gainazalean eta barnean karbono librearen eta berezko ezpurutasunen eduki eraginkorren estandarrak eta ezaugarriak adostu behar dira.

ZATIA/3

Egonkortasuna:

Tenperatura altuko erresistentzia eta 2300 ℃-tik gorako atmosfera kimikoen erresistentzia dira estalduraren egonkortasuna probatzeko adierazle garrantzitsuenak. Zuloak, pitzadurak, falta diren ertzak eta orientazio bakarreko ale-mugak errazak dira gas korrosiboak grafitoan sartzea eta barneratzea, eta estalduraren babesaren hutsegitea eragiten du.

ZATIA/4

Oxidazio erresistentzia:

TaC 500 ℃-tik gora dagoenean Ta2O5 bihurtzen hasten da, eta oxidazio-tasa nabarmen handitzen da tenperatura eta oxigeno-kontzentrazioa handitzean. Gainazaleko oxidazioa ale-mugetatik eta ale txikietatik hasten da, eta pixkanaka-pixkanaka zutabe-kristalak eta hautsitako kristalak eratzen ditu, hutsune eta zulo ugari sortuz, eta oxigeno-infiltrazioa areagotu egiten da estaldura kendu arte. Ondorioz, oxido-geruzak eroankortasun termiko eskasa du eta kolore askotariko itxura du.

ZATIA/5

Uniformetasuna eta zimurtasuna:

Estalduraren gainazalaren banaketa irregularrak tokiko tentsio termikoaren kontzentrazioa ekar dezake, pitzadura eta haustura arriskua areagotuz. Gainera, gainazaleko zimurtasunak zuzenean eragiten du estalduraren eta kanpoko ingurunearen arteko elkarrekintzan, eta zimurtasun handiegiak erraz eragiten du oblearekin marruskadura handitzea eta eremu termiko irregularra.

ZATIA/6

alearen tamaina:

Ale-tamaina uniformeak estalduraren egonkortasuna laguntzen du. Ale-tamaina txikia bada, lotura ez da estua, eta erraz oxidatzen eta herdoiltzen da, eta horrek pitzadura eta zulo ugari sortzen ditu ale ertzean, eta horrek estalduraren babes-errendimendua murrizten du. Alearen tamaina handiegia bada, nahiko zakarra da, eta estaldura erraz kentzen da estres termikopean.

Ondorioa eta perspektiba

Orokorrean,TaC estalitako grafitozko piezakmerkatuan eskaera handia eta aplikazio aukera zabala du, egungoakTaC estalitako grafitozko piezakfabrikazio nagusia CVD TaC osagaietan fidatzea da. Hala ere, CVD TaC ekoizteko ekipoen kostu handia eta deposizioaren eraginkortasun mugatua direla eta, SiC estalitako grafitozko material tradizionalak ez dira guztiz ordezkatu. Sinterizazio metodoak lehengaien kostua modu eraginkorrean murrizten du, eta grafitozko piezen forma konplexuetara egokitu daiteke, aplikazio-eszenatoki desberdinen beharrak asetzeko.