단결정 용광로에서 Tac- 코팅 된 흑연 부품의 적용

적용tac- 코팅 된 흑연 부품단결정 용광로에서

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물리적 증기 수송(PVT) 방법을 사용하는 SiC 및 AlN 단결정 성장에서는 도가니, 시드 홀더, 가이드 링과 같은 중요한 구성 요소가 중요한 역할을 합니다. 그림 2[1]에 표시된 것처럼 PVT 공정 중에 종자 결정은 더 낮은 온도 영역에 위치하는 반면 SiC 원료는 더 높은 온도(2400℃ 이상)에 노출됩니다. 이로 인해 원료가 분해되어 SiXCy 화합물(주로 Si, SiC², Si²C 등 포함)이 생성됩니다. 이후 기상 물질은 고온 영역에서 저온 영역의 종결정으로 이동하여 종핵 형성, 결정 성장 및 단결정 생성이 발생합니다. 따라서 이 공정에 사용되는 도가니, 유동 가이드 링, 종자 결정 홀더와 같은 열장 재료는 SiC 원료 및 단결정을 오염시키지 않고 고온 저항을 나타내야 합니다. 마찬가지로, AlN 결정 성장에 사용되는 발열체는 Al 증기 및 N2 부식을 견뎌야 하며, 결정 준비 시간을 줄이기 위해 높은 공융 온도(AlN 포함)도 보유해야 합니다.

SIC [2-5] 및 ALN [2-3]의 제조를 위해 TAC- 코팅 된 흑연 열 전계 재료를 사용하면 최소 탄소 (산소, 질소) 및 기타 불순물을 갖는 더 깨끗한 제품을 초래한다는 것이 관찰되었다. 이 물질은 각 영역에서 더 적은 모서리 결함과 저항력이 낮습니다. 또한, 미세 기공 및 에칭 구덩이 (코 에칭 후)의 밀도가 상당히 감소하여 결정 품질이 상당히 개선됩니다. 또한, TAC Crucible은 거의 제로 체중 감량을 보여주고, 비파괴적인 외관을 유지하며, 수명이 최대 200 시간의 수명으로 재활용 될 수 있으므로 단결정 제조 공정의 지속 가능성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

무화과. 2. (a) PVT 방법에 의한 SIC 단결정 잉곳 성장 장치의 개략도

(b) 상단 TAC 코팅 된 시드 브래킷 (SIC 씨 포함)

(c) TAC 코팅 흑연 가이드 링

MOCVD GaN 에피택시층 성장 히터

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유기 금속 분해 반응을 통한 박막의 증기 에피택셜 성장에 중요한 기술인 MOCVD(금속-유기 화학 기상 증착) GaN 성장 분야에서 히터는 반응 챔버 내에서 정밀한 온도 제어와 균일성을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 그림 3(a)에서 볼 수 있듯이 히터는 MOCVD 장비의 핵심 부품으로 간주된다. 장기간(반복적인 냉각 주기 포함) 기판을 빠르고 균일하게 가열하고, 고온을 견디며(가스 부식 방지) 필름 순도를 유지하는 능력은 필름 증착 품질, 두께 일관성 및 칩 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

MOCVD GaN 성장 시스템에서 히터의 성능과 재활용 효율성을 향상시키기 위해 TaC 코팅 흑연 히터의 도입이 성공적이었습니다. pBN(열분해 질화붕소) 코팅을 사용하는 기존 히터와 달리 TaC 히터를 사용하여 성장한 GaN 에피층은 거의 동일한 결정 구조, 두께 균일성, 고유 결함 형성, 불순물 도핑 및 오염 수준을 나타냅니다. 또한, TaC 코팅은 낮은 저항률과 낮은 표면 방사율을 나타내어 히터 효율과 균일성이 향상되어 전력 소모와 열 손실이 줄어듭니다. 공정 매개변수를 제어함으로써 코팅의 다공성을 조정하여 히터의 복사 특성을 더욱 향상시키고 수명을 연장할 수 있습니다[5]. 이러한 장점은 TaC 코팅 흑연 히터가 MOCVD GaN 성장 시스템을 위한 탁월한 선택임을 입증합니다.

무화과. 3. (a) Gan Epitaxial Growth를위한 MoCVD 장치의 개략도

(b) 베이스와 브래킷을 제외하고 MOCVD 설정에 설치된 성형 TAC 코팅 흑연 히터(가열 중인 베이스와 브래킷을 보여주는 그림)

(c) 17 GaN 에피택셜 성장 후 TAC 코팅 흑연 히터. 

에피택시용 코팅 서셉터(웨이퍼 캐리어)

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SiC, AlN, GaN 등 3종 반도체 웨이퍼 제조에 사용되는 중요한 구조 부품인 웨이퍼 캐리어는 에피택셜 웨이퍼 성장 공정에서 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 흑연으로 만들어진 웨이퍼 캐리어는 SiC로 코팅되어 1100~1600°C의 에피택셜 온도 범위 내에서 공정 가스로 인한 부식을 방지합니다. 보호 코팅의 내식성은 웨이퍼 캐리어의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 실험 결과, TaC는 고온 암모니아에 노출되었을 때 SiC보다 부식 속도가 약 6배 느린 것으로 나타났습니다. 고온 수소 환경에서 TaC의 부식 속도는 SiC보다 10배 이상 느립니다.

실험적 증거는 TAC로 코팅 된 트레이가 불순물을 도입하지 않고 Blue Light Gan MoCVD 공정에서 우수한 호환성을 나타낸다는 것을 보여 주었다. 프로세스 조정이 제한되어있어 TAC 캐리어를 사용하여 성장한 LED는 기존의 SIC 캐리어를 사용하여 성장한 성능과 균일 성을 보여줍니다. 결과적으로, TAC- 코팅 된 웨이퍼 캐리어의 서비스 수명은 코팅되지 않은 Sic- 코팅 된 흑연 담체의 서비스 수명을 능가한다.

수치. Gan 에피 택셜 성장 MoCVD 장치 (Veeco P75)에서 사용한 후 웨이퍼 트레이. 왼쪽의 하나는 TAC로 코팅되고 오른쪽의 하나는 SIC로 코팅됩니다.

공통의 준비 방법TAC 코팅 흑연 부품

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CVD (화학 기상 증착) 방법 :

TACL5 및 CNHM을 탄탈 룸 및 탄소 공급원으로 사용하는 900-2300 ℃에서, 대기 감소, AR₂as 캐리어 가스, 반응 증착 필름으로서 h주. 제조 된 코팅은 작고 균일하며 고순도입니다. 그러나 복잡한 프로세스, 값 비싼 비용, 어려운 공기 흐름 제어 및 낮은 증착 효율과 같은 몇 가지 문제가 있습니다.

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슬러리 소결 방법:

탄소 공급원, 탄탈 공원, 분산제 및 바인더를 함유하는 슬러리는 흑연 상에 코팅되고 건조 후 고온에서 소결된다. 준비된 코팅은 정기적 인 방향없이 성장하고 비용이 저렴하며 대규모 생산에 적합합니다. 큰 흑연에서 균일하고 풀 코팅을 달성하고지지 결함을 제거하고 코팅 결합력을 향상시키기 위해 여전히 탐색해야합니다.

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플라즈마 분사 방법:

TaC 분말은 고온에서 플라즈마 아크에 의해 용융되고, 고속 제트에 의해 고온의 액적으로 원자화되어 흑연 재료의 표면에 분사됩니다. 비진공 상태에서 산화막 형성이 용이하고 에너지 소모가 크다.

TaC 코팅 흑연 부분 해결 필요

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결속력:

TAC와 탄소 재료 사이의 열 팽창 계수 및 기타 물리적 특성은 다르고, 코팅 결합 강도는 낮으며, 균열, 모공 및 열 응력을 피하기가 어렵고, 실제 대기를 포함하는 실제 대기에서 벗겨지기 쉽습니다. 반복 상승 및 냉각 과정.

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청정:

TaC 코팅은 고온 조건에서 불순물과 오염을 방지하기 위해 초고순도가 필요하며, 풀코팅 표면과 내부의 유리탄소와 고유불순물의 유효함량기준 및 특성규격에 대한 합의가 필요합니다.

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안정:

2300℃ 이상의 고온 저항성과 내화학성은 코팅의 안정성을 테스트하는 가장 중요한 지표입니다. 핀홀, 균열, 누락된 모서리 및 단일 방향 결정립 경계는 부식성 가스가 흑연에 침투하여 코팅 보호 실패를 초래하기 쉽습니다.

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산화 저항 :

TAC는 500 ℃ 이상인 경우 TA2O5로 산화되기 시작하고 온도 및 산소 농도의 증가에 따라 산화 속도가 급격히 증가합니다. 표면 산화는 입자 경계 및 작은 입자에서 시작하여 점차적으로 원주 결정과 부서진 결정을 형성하여 많은 수의 간격과 구멍을 형성하며, 코팅이 제거 될 때까지 산소 침윤이 강화됩니다. 생성 된 산화물 층은 열전도율이 좋지 않고 다양한 색상이 나타납니다.

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균일성과 거칠기:

코팅 표면의 고르지 않은 분포는 국소 열 응력 농도를 유발하여 균열 및 스펠링의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 또한, 표면 거칠기는 코팅과 외부 환경 사이의 상호 작용에 직접적인 영향을 미치며, 너무 높은 거칠기는 웨이퍼 및 고르지 않은 열 필드에서 마찰을 쉽게 증가시킵니다.

파트/6

입자 크기:

균일한 입자 크기는 코팅의 안정성에 도움이 됩니다. 입자 크기가 작으면 결합이 단단하지 않고 산화 및 부식되기 쉽기 때문에 입자 가장자리에 많은 균열과 구멍이 생겨 코팅의 보호 성능이 저하됩니다. 입자 크기가 너무 크면 상대적으로 거칠고 열 스트레스로 인해 코팅이 벗겨지기 쉽습니다.

결론 및 전망

일반적으로TaC 코팅 흑연 부품시장에서는 큰 수요와 광범위한 응용 프로그램 전망이 있습니다.TAC 코팅 흑연 부품주류 제조는 CVD TAC 구성 요소에 의존하는 것입니다. 그러나, CVD TAC 생산 장비의 높은 비용과 제한된 증착 효율로 인해, 전통적인 SIC 코팅 흑연 재료는 완전히 대체되지 않았다. 소결 방법은 원자재 비용을 효과적으로 줄이고 복잡한 흑연 파트에 적응하여 다양한 응용 시나리오의 요구를 충족시킬 수 있습니다.