सिंगल क्रिस्टल फर्नेसेसमध्ये टीएसी-लेपित ग्रेफाइट भागांचा वापर

च्या अर्जTaC-लेपित ग्रेफाइट भागसिंगल क्रिस्टल फर्नेसमध्ये

भाग/1

भौतिक वाष्प वाहतूक (पीव्हीटी) पद्धतीचा वापर करून एसआयसी आणि एएलएन सिंगल क्रिस्टल्सच्या वाढीमध्ये, क्रूसिबल, बियाणे धारक आणि मार्गदर्शक रिंग सारख्या महत्त्वपूर्ण घटकांची महत्त्वपूर्ण भूमिका आहे. पीव्हीटी प्रक्रियेदरम्यान आकृती 2 [1] मध्ये दर्शविल्यानुसार, बियाणे क्रिस्टल कमी तापमानात स्थित आहे, तर एसआयसी कच्च्या मालास उच्च तापमानात (2400 ℃ च्या वर) संपर्क आहे. यामुळे कच्च्या मालाचे विघटन होते, सिक्ससीवाय संयुगे तयार करतात (प्रामुख्याने एसआय, एसआयसी, एसआयसी इ. यासह). त्यानंतर वाष्प टप्प्यातील सामग्री उच्च-तापमान प्रदेशातून कमी-तापमान प्रदेशात बियाणे क्रिस्टलमध्ये नेली जाते, परिणामी बियाणे न्यूक्ली, क्रिस्टल वाढ आणि एकल क्रिस्टल्सची निर्मिती होते. म्हणूनच, या प्रक्रियेमध्ये नियुक्त केलेल्या थर्मल फील्ड मटेरियल, जसे की क्रूसिबल, फ्लो गाईड रिंग आणि बियाणे क्रिस्टल धारक, एसआयसी कच्चा माल आणि एकल क्रिस्टल्स दूषित न करता उच्च-तापमान प्रतिकार दर्शविणे आवश्यक आहे. त्याचप्रमाणे, एएलएन क्रिस्टल ग्रोथमध्ये वापरल्या जाणार्‍या हीटिंग घटकांनी अल वाष्प आणि एन ₂ गंजचा प्रतिकार करणे आवश्यक आहे, तर क्रिस्टल तयारीची वेळ कमी करण्यासाठी उच्च युटेक्टिक तापमान (एएलएन सह) देखील असणे आवश्यक आहे.

असे आढळून आले आहे की SiC [2-5] आणि AlN [2-3] तयार करण्यासाठी TaC-कोटेड ग्रेफाइट थर्मल फील्ड सामग्रीचा वापर केल्याने कमीत कमी कार्बन (ऑक्सिजन, नायट्रोजन) आणि इतर अशुद्धता असलेल्या स्वच्छ उत्पादनांचा परिणाम होतो. ही सामग्री प्रत्येक प्रदेशात कमी कडा दोष आणि कमी प्रतिरोधकता दर्शवते. याव्यतिरिक्त, मायक्रोपोरेस आणि एचिंग खड्ड्यांची घनता (KOH एचिंग नंतर) लक्षणीयरीत्या कमी होते, ज्यामुळे क्रिस्टल गुणवत्तेत लक्षणीय सुधारणा होते. शिवाय, TaC क्रूसिबल जवळजवळ शून्य वजन कमी करते, विना-विध्वंसक स्वरूप राखते आणि पुनर्नवीनीकरण केले जाऊ शकते (200 तासांपर्यंतचे आयुष्य), अशा प्रकारे एकल क्रिस्टल तयार करण्याच्या प्रक्रियेची टिकाऊपणा आणि कार्यक्षमता वाढवते.

अंजीर. २. (अ) पीव्हीटी पद्धतीने एसआयसी सिंगल क्रिस्टल इनगॉट ग्रोइंग डिव्हाइसचे स्कीमॅटिक डायग्राम

(बी) टॉप टीएसी लेपित बियाणे कंस (एसआयसी बियाण्यासह)

(c) TAC-लेपित ग्रेफाइट मार्गदर्शक रिंग

MOCVD GAN Epitaxial लेयर ग्रोथ हीटर

भाग/2

MOCVD (मेटल-ऑरगॅनिक केमिकल वाफ डिपॉझिशन) GaN ग्रोथच्या क्षेत्रात, ऑर्गेनोमेटलिक विघटन अभिक्रियांद्वारे पातळ फिल्म्सच्या बाष्प एपिटॅक्सियल वाढीसाठी एक महत्त्वपूर्ण तंत्र, हीटर अचूक तापमान नियंत्रण आणि प्रतिक्रिया कक्षातील एकसमानता प्राप्त करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. आकृती 3 (a) मध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे, हीटर हा MOCVD उपकरणाचा मुख्य घटक मानला जातो. विस्तारित कालावधीत (वारंवार थंड होण्याच्या चक्रांसह) सब्सट्रेट जलद आणि एकसमान गरम करण्याची त्याची क्षमता, उच्च तापमान (गॅस गंजला विरोध) सहन करण्याची आणि फिल्मची शुद्धता राखण्याची क्षमता थेट फिल्म डिपॉझिशनच्या गुणवत्तेवर, जाडीची सुसंगतता आणि चिप कार्यक्षमतेवर परिणाम करते.

एमओसीव्हीडी गॅन ग्रोथ सिस्टममधील हीटरची कार्यक्षमता आणि पुनर्वापर कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी, टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटरची ओळख यशस्वी झाली आहे. पीबीएन (पायरोलाइटिक बोरॉन नायट्राइड) कोटिंग्जचा वापर करणार्‍या पारंपारिक हीटरशी विरोधाभास, टीएसी हीटरचा वापर करून पिकविलेले गॅन एपिटॅक्सियल थर जवळजवळ एकसारखे क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स, जाडी एकरूपता, अंतर्ज्ञानी दोष तयार करणे, अशुद्धता डोपिंग आणि दूषिततेचे स्तर दर्शवितात. शिवाय, टीएसी कोटिंग कमी प्रतिरोधकता आणि कमी पृष्ठभागाच्या उत्साहीतेचे प्रदर्शन करते, परिणामी हीटरची कार्यक्षमता आणि एकसमानता सुधारते, ज्यामुळे शक्तीचा वापर आणि उष्णता कमी होते. प्रक्रिया पॅरामीटर्स नियंत्रित करून, हीटरच्या किरणोत्सर्गाची वैशिष्ट्ये वाढविण्यासाठी आणि त्याचे आयुष्य वाढविण्यासाठी कोटिंगची पोर्सिटी समायोजित केली जाऊ शकते [5]. हे फायदे एमओसीव्हीडी गॅन ग्रोथ सिस्टमसाठी एक उत्कृष्ट निवड म्हणून टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटर स्थापित करतात.

अंजीर. 3. (a) GaN एपिटॅक्सियल ग्रोथसाठी MOCVD यंत्राचा योजनाबद्ध आकृती

(b) MOCVD सेटअपमध्ये मोल्डेड TAC-कोटेड ग्रेफाइट हीटर, बेस आणि ब्रॅकेट वगळता (हीटिंगमध्ये बेस आणि ब्रॅकेट दर्शविणारे चित्र)

(सी) 17 जीएएन एपिटॅक्सियल वाढीनंतर टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटर. 

एपिटॅक्सी (वेफर वाहक) साठी कोटेड ससेप्टर

भाग/3

वेफर कॅरियर, एसआयसी, एएलएन आणि गॅन सारख्या तृतीय श्रेणी सेमीकंडक्टर वेफर्सच्या तयारीसाठी वापरलेला एक महत्त्वपूर्ण स्ट्रक्चरल घटक, एपिटॅक्सियल वेफर ग्रोथ प्रक्रियेमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. सामान्यत: ग्रेफाइटपासून बनविलेले, वेफर कॅरियर 1100 ते 1600 डिग्री सेल्सिअस तापमानात एपिटॅक्सियल तापमान श्रेणीमध्ये प्रक्रिया वायूंपासून गंज प्रतिकार करण्यासाठी एसआयसीसह लेपित केले जाते. संरक्षणात्मक कोटिंगचा गंज प्रतिकार वेफर कॅरियरच्या आयुष्यावर लक्षणीय परिणाम करतो. प्रायोगिक परिणामांनी हे सिद्ध केले आहे की टीएसी उच्च-तापमान अमोनियाच्या संपर्कात असताना एसआयसीपेक्षा अंदाजे 6 पट हळू गंज दर दर्शविते. उच्च-तापमान हायड्रोजन वातावरणात, टीएसीचा गंज दर एसआयसीपेक्षा 10 पट कमी आहे.

प्रायोगिक पुराव्यांवरून असे दिसून आले आहे की TaC सह लेपित ट्रे निळ्या प्रकाशाच्या GaN MOCVD प्रक्रियेमध्ये अशुद्धींचा परिचय न करता उत्कृष्ट सुसंगतता प्रदर्शित करतात. मर्यादित प्रक्रिया समायोजनांसह, TaC वाहक वापरून वाढविलेले LEDs पारंपारिक SiC वाहक वापरून वाढवलेल्या तुलनेत तुलनात्मक कार्यप्रदर्शन आणि एकसारखेपणा प्रदर्शित करतात. परिणामी, TaC-कोटेड वेफर वाहकांचे सेवा आयुष्य अनकोटेड आणि SiC-कोटेड ग्रेफाइट वाहकांपेक्षा जास्त आहे.

आकृती. GaN epitaxial grown MOCVD उपकरण (Veeco P75) मध्ये वापरल्यानंतर वेफर ट्रे. डावीकडील एक TaC सह लेपित आहे आणि उजवीकडे SiC सह लेपित आहे.

सामान्य तयारी पद्धतटीएसी लेपित ग्रेफाइट भाग

भाग/1

सीव्हीडी (रासायनिक वाष्प जमा) पद्धत:

900-2300 ℃ वर, टॅन्टलम आणि कार्बन स्रोत म्हणून टीएसीएल 5 आणि सीएनएचएमचा वापर करून, वातावरण कमी करणारे वातावरण, एआरएएस कॅरियर गॅस, प्रतिक्रिया जमा चित्रपट. तयार कोटिंग कॉम्पॅक्ट, एकसमान आणि उच्च शुद्धता आहे. तथापि, गुंतागुंतीची प्रक्रिया, महाग खर्च, कठीण एअरफ्लो नियंत्रण आणि कमी जमा कार्यक्षमता यासारख्या काही समस्या आहेत.

भाग/2

स्लरी सिंटरिंग पद्धत:

कार्बन स्त्रोत, टँटलम स्त्रोत, फैलाव आणि बाइंडर असलेली स्लरी ग्रेफाइटवर लेपित केली जाते आणि कोरडे झाल्यानंतर उच्च तापमानात सिंटर केले जाते. तयार कोटिंग नियमित अभिमुखतेशिवाय वाढते, कमी किंमत असते आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहे. मोठ्या ग्रेफाइटवर एकसमान आणि पूर्ण कोटिंग साध्य करण्यासाठी, समर्थन दोष दूर करण्यासाठी आणि कोटिंग बाँडिंग फोर्स वर्धित करण्यासाठी हे शोधले जाणे बाकी आहे.

भाग/3

प्लाझ्मा फवारणी पद्धत:

TaC पावडर उच्च तापमानात प्लाझ्मा आर्कद्वारे वितळली जाते, हाय-स्पीड जेटद्वारे उच्च तापमानाच्या थेंबांमध्ये परमाणु बनविली जाते आणि ग्रेफाइट सामग्रीच्या पृष्ठभागावर फवारली जाते. नॉन-व्हॅक्यूम अंतर्गत ऑक्साईड थर तयार करणे सोपे आहे आणि उर्जेचा वापर मोठा आहे.

TaC लेपित ग्रेफाइट भाग सोडवणे आवश्यक आहे

भाग/1

बंधनकारक शक्ती:

टीएसी आणि कार्बन सामग्रीमधील थर्मल विस्तार गुणांक आणि इतर भौतिक गुणधर्म भिन्न आहेत, कोटिंग बाँडिंग सामर्थ्य कमी आहे, क्रॅक, छिद्र आणि थर्मल तणाव टाळणे कठीण आहे आणि रॉट आणि रॉट असलेल्या वास्तविक वातावरणात कोटिंग सोलणे सोपे आहे वारंवार वाढती आणि शीतकरण प्रक्रिया.

भाग/2

शुद्धता:

उच्च तापमानात अशुद्धता आणि प्रदूषण टाळण्यासाठी टीएसी कोटिंगची अतिरेकी शुद्धता असणे आवश्यक आहे आणि पृष्ठभागावर आणि संपूर्ण लेपच्या आतील बाजूस मुक्त कार्बन आणि अंतर्भूत अशुद्धतेचे प्रभावी सामग्री मानक आणि वैशिष्ट्यीकृत मानक मान्य करणे आवश्यक आहे.

भाग/3

स्थिरता:

2300 पेक्षा जास्त तापमान प्रतिकार आणि रासायनिक वातावरणाचा प्रतिकार कोटिंगच्या स्थिरतेची चाचणी घेण्यासाठी सर्वात महत्वाचे निर्देशक आहेत. पिनहोल्स, क्रॅक, गहाळ कोपरे आणि एकल अभिमुखता धान्य सीमा ग्रेफाइटमध्ये ग्रेफाइट वायूंमध्ये प्रवेश करणे आणि आत प्रवेश करणे सोपे आहे, परिणामी कोटिंग संरक्षण अपयशी ठरते.

भाग/४

ऑक्सिडेशन प्रतिरोध:

TaC 500 ℃ पेक्षा जास्त असताना Ta2O5 मध्ये ऑक्सिडाइझ होण्यास सुरुवात करते आणि तापमान आणि ऑक्सिजन एकाग्रता वाढल्याने ऑक्सिडेशन दर झपाट्याने वाढतो. पृष्ठभागावरील ऑक्सिडेशन धान्याच्या सीमा आणि लहान दाण्यांपासून सुरू होते आणि हळूहळू स्तंभीय स्फटिक आणि तुटलेले स्फटिक तयार करतात, परिणामी मोठ्या प्रमाणात अंतर आणि छिद्रे होतात आणि कोटिंग काढून टाकेपर्यंत ऑक्सिजनची घुसखोरी तीव्र होते. परिणामी ऑक्साईड लेयरमध्ये खराब थर्मल चालकता आणि विविध प्रकारचे रंग दिसतात.

भाग/5

एकसारखेपणा आणि उग्रपणा:

कोटिंग पृष्ठभागाचे असमान वितरण स्थानिक थर्मल तणाव एकाग्रता होऊ शकते, ज्यामुळे क्रॅकिंग आणि स्पेलिंगचा धोका वाढतो. याव्यतिरिक्त, पृष्ठभागाच्या उग्रपणामुळे कोटिंग आणि बाह्य वातावरणामधील परस्परसंवादावर थेट परिणाम होतो आणि खूप उच्च उग्रपणामुळे वेफर आणि असमान थर्मल फील्डसह सहजपणे घर्षण वाढते.

भाग/६

धान्य आकार:

एकसमान धान्य आकार कोटिंगच्या स्थिरतेस मदत करते. धान्याचा आकार लहान असल्यास, बंध घट्ट नसतो, आणि ऑक्सिडाइझ करणे आणि गंजणे सोपे असते, परिणामी धान्याच्या काठावर मोठ्या प्रमाणात क्रॅक आणि छिद्रे येतात, ज्यामुळे कोटिंगची संरक्षणात्मक कार्यक्षमता कमी होते. जर धान्याचा आकार खूप मोठा असेल, तर ते तुलनेने खडबडीत असते आणि थर्मल तणावाखाली कोटिंग बंद पडणे सोपे असते.

निष्कर्ष आणि संभावना

सर्वसाधारणपणे,टीएसी लेपित ग्रेफाइट भागबाजारात मोठ्या प्रमाणात मागणी आहे आणि विस्तृत अनुप्रयोग प्रॉस्पेक्ट्स आहेत, सध्याचेटीएसी लेपित ग्रेफाइट भागउत्पादन मुख्य प्रवाहात CVD TaC घटकांवर अवलंबून आहे. तथापि, CVD TaC उत्पादन उपकरणांची उच्च किंमत आणि मर्यादित निक्षेप कार्यक्षमतेमुळे, पारंपारिक SiC लेपित ग्रेफाइट सामग्री पूर्णपणे बदलली गेली नाही. सिंटरिंग पद्धत प्रभावीपणे कच्च्या मालाची किंमत कमी करू शकते आणि ग्रेफाइट भागांच्या जटिल आकारांशी जुळवून घेऊ शकते, जेणेकरून अधिक भिन्न अनुप्रयोग परिस्थितींच्या गरजा पूर्ण करता येतील.