Gaur egun, erdieroaleen hirugarren belaunaldia da nagusisilizio karburoa. Bere gailuen kostu-egituran, substratuak %47 hartzen du, eta epitaxiak %23. Biak batera %70 inguru dira, hau da, zatirik garrantzitsuenasilizio karburoagailuak fabrikatzeko industria-katea.
Prestatzeko erabili ohi den metodoasilizio karburoakristal bakarrak PVT (lurrunaren garraio fisikoa) metodoa da. Printzipioa da lehengaiak tenperatura altuko eremu batean egitea eta hazi kristala tenperatura nahiko baxuko zona batean. Tenperatura altuagoan dauden lehengaiek fase likidorik gabeko gas faseko substantziak deskonposatzen dituzte eta zuzenean sortzen dituzte. Gas faseko substantzia hauek hazi-kristalera garraiatzen dira tenperatura-gradiente axialaren gidaritzapean, eta hazi-kristalean nukleatzen eta hazten dira silizio-karburozko kristal bakar bat eratzeko. Gaur egun, Cree, II-VI, SiCrystal, Dow bezalako atzerriko konpainiek eta Tianyue Advanced, Tianke Heda eta Century Golden Core bezalako etxeko konpainiek metodo hau erabiltzen dute.
Silizio karburoaren 200 kristal forma baino gehiago daude, eta kontrol oso zehatza behar da kristal bakarreko forma sortzeko (korronte nagusia 4H kristal forma da). Tianyue Advanced-ren liburuxkaren arabera, 2018-2020 eta H1 2021ean konpainiaren kristalezko haga errendimenduak % 41, % 38,57, % 50,73 eta % 49,90 izan ziren, hurrenez hurren, eta substratuaren etekinak % 72,61, % 75,4, % 75,715, % 72,61, % 75,7. Etekin integrala gaur egun %37,7koa baino ez da. PVT metodo nagusia adibide gisa hartuta, errendimendu baxua SiC substratua prestatzeko zailtasun hauei zor zaie nagusiki:
1. Tenperaturaren eremuan kontrolatzeko zailtasuna: SiC kristalezko hagaxkak 2500 ℃-ko tenperatura altuan ekoitzi behar dira, eta silizio-kristaleek 1500 ℃ baino ez dituzte behar, beraz, kristal bakarreko labe bereziak behar dira eta hazkunde-tenperatura zehatz-mehatz kontrolatu behar da ekoizpenean zehar. , oso zaila da kontrolatzea.
2. Ekoizpen abiadura motela: siliziozko materialen hazkuntza-tasa orduko 300 mm-koa da, baina silizio karburozko kristal bakarrek orduko 400 mikra baino ez dute hazten, hau da, aldea ia 800 aldiz handiagoa da.
3. Produktu parametro onetarako baldintza handiak eta kutxa beltzaren etekina denboran kontrolatzea zaila da: SiC obleen oinarrizko parametroak mikrohodien dentsitatea, dislokazio dentsitatea, erresistentzia, deformazioa, gainazaleko zimurtasuna, etab. Kristalen hazkuntza prozesuan zehar, hau da. beharrezkoak diren parametroak zehatz-mehatz kontrolatzeko, hala nola silizio-karbono erlazioa, hazkunde-tenperatura-gradientea, kristalen hazkunde-tasa eta aire-fluxuaren presioa. Bestela, litekeena da inklusio polimorfikoak gertatzea, eta, ondorioz, sailkatu gabeko kristalak sortzen dira. Grafitozko arragoaren kutxa beltzean, ezinezkoa da kristalen hazkuntzaren egoera denbora errealean behatzea, eta eremu termikoen kontrol oso zehatza, materialaren parekatzea eta esperientzia metatzea behar dira.
4. Kristalaren hedapenaren zailtasuna: gas faseko garraio metodoaren arabera, SiC kristalen hazkundearen hedapen-teknologia oso zaila da. Kristalaren tamaina handitzen den heinean, bere hazteko zailtasuna esponentzialki handitzen da.
5. Orokorrean etekin baxua: etekin baxua bi estekek osatzen dute batez ere: (1) Kristalezko hagaxkaren etekina = erdieroale mailako kristalezko hagaxka irteera / (erdieroale mailako kristalezko hagaxka irteera + ez erdieroale mailako kristalezko hagaxka irteera) × % 100; (2) Substratuaren etekina = substratuaren irteera kualifikatua/(substratuaren irteera kualifikatua + substratuaren irteera kualifikatua) × % 100.
Kalitate handiko eta etekin handiko prestaketansilizio karburozko substratuak, nukleoak eremu termikoko material hobeak behar ditu ekoizpen-tenperatura zehaztasunez kontrolatzeko. Gaur egun erabiltzen diren eremu termikoko arragoen kitak purutasun handiko grafitozko egiturazko piezak dira, karbono-hautsa eta silizio-hautsa berotzeko eta urtzeko eta bero mantentzeko erabiltzen direnak. Grafitozko materialek indar espezifiko handiko eta modulu espezifikoen ezaugarriak dituzte, talk termikoen erresistentzia ona eta korrosioarekiko erresistentzia, baina tenperatura altuko oxigeno-inguruneetan erraz oxidatzen diren desabantailak dituzte, amoniakoarekiko ez erresistenteak eta marradura-erresistentzia eskasa. Silizio karburo kristal bakarreko hazkuntza prozesuan etasiliziozko karburoko oblea epitaxialaekoizpena, zaila da jendearen gero eta eskakizun zorrotzagoak betetzea grafitozko materialak erabiltzeko, eta horrek garapena eta aplikazio praktikoa murrizten ditu. Hori dela eta, tenperatura altuko estaldurak sortzen hasi dira, hala nola tantalio karburoa.
2.-ren ezaugarriakTantalo Karburozko Estaldura
TaC zeramikak 3880 ℃ arteko urtze-puntua du, gogortasun handia (Mohs gogortasuna 9-10), eroankortasun termiko handia (22W·m-1·K-1), toleste-indar handia (340-400MPa) eta hedapen termiko txikia. koefizientea (6,6×10−6K−1), eta egonkortasun termokimiko bikaina eta propietate fisiko bikainak ditu. Bateragarritasun kimiko eta mekaniko ona ditu grafito eta C/C material konposatuekin. Hori dela eta, TaC estaldura oso erabilia da babes termiko aeroespazialean, kristal bakarreko hazkundean, energia elektronikan eta ekipamendu medikoan.
TaC estalitaGrafitoak korrosio kimikoarekiko erresistentzia hobea du grafito hutsa edo SiC estalitako grafitoa baino, egonkor erabil daiteke 2600°-ko tenperatura altuetan eta ez du erreakzionatzen elementu metaliko askorekin. Hirugarren belaunaldiko kristal bakarreko erdieroaleen hazkuntza eta oblea grabatzeko agertokietako estaldura onena da. Tenperaturaren eta ezpurutasunen kontrola nabarmen hobetu dezake prozesuan eta prestatzenkalitate handiko silizio karburozko obleaketa erlazionatutaoble epitaxialak. Bereziki egokia da GaN edo AlN kristal bakarreko MOCVD ekipamenduekin hazteko eta PVT ekipoarekin SiC kristal bakarreko hazkuntzarako, eta hazitako kristal bakarren kalitatea nabarmen hobetzen da.
III. Tantalo Karburo Estalitako Gailuen abantailak
Tantalum Carbide TaC estaldura erabiltzeak kristalen ertzaren akatsen arazoa konpondu dezake eta kristalen hazkundearen kalitatea hobetu dezake. "Azkar hazteko, lodi hazteko eta luze hazteko" norabide tekniko nagusietako bat da. Industria-ikerketek erakutsi dute, halaber, tantalio karburoa estalitako grafitozko arragoa beroketa uniformeagoa lor dezakeela, eta, horrela, SiC kristal bakarreko hazkuntzarako prozesu-kontrol bikaina eskaintzen du, eta, horrela, SiC kristalen ertzean polikristalinoak sortzeko probabilitatea nabarmen murrizten da. Horrez gain, tantalio karburo grafito estaldurak bi abantaila nagusi ditu:
(I) SiC akatsak murriztea
SiC kristal bakarreko akatsak kontrolatzeari dagokionez, hiru modu garrantzitsu izan ohi dira. Hazkuntza-parametroak eta kalitate handiko iturri-materialak (adibidez, SiC iturri hautsa) optimizatzeaz gain, tantalio karburoa estalitako grafito arragoa erabiliz kristal kalitate ona ere lor daiteke.
Grafitozko arrago konbentzionalaren (a) eta TAC estalitako arragoaren (b) diagrama eskematikoa
Koreako Ekialdeko Europako Unibertsitateak egindako ikerketaren arabera, SiC kristalen hazkuntzan dagoen ezpurutasun nagusia nitrogenoa da, eta tantalio karburoa estalitako grafitozko arragoak SiC kristalen nitrogenoaren sartzea eraginkortasunez mugatu dezake, horrela mikrohodiak bezalako akatsen sorrera murrizteko eta kristala hobetzeko. kalitatea. Ikerketek frogatu dute baldintza berdinetan, grafitozko arrago konbentzionaletan eta TAC estalitako arragoetan hazitako SiC obleen garraiatzaile-kontzentrazioak gutxi gorabehera 4,5 × 1017/cm eta 7,6 × 1015/cm-koak direla, hurrenez hurren.
Ohiko grafitozko arragoetan (a) eta TAC estalitako arragoetan (b) hazitako SiC kristal bakarreko akatsen konparaketa.
(II) Grafitozko arragoen bizitza hobetzea
Gaur egun, SiC kristalen kostua altua izaten jarraitu da, eta horietatik grafitozko kontsumigarrien kostua % 30 inguru da. Grafitozko kontsumigarrien kostua murrizteko gakoa bere bizitza irautea handitzea da. Britainiar ikerketa-talde baten datuen arabera, tantalio karburozko estaldurek grafito-osagaien iraupena %30-50ean luza dezakete. Kalkulu honen arabera, tantalio karburoa estalitako grafitoa ordezkatzeak SiC kristalen kostua % 9-15 murriztu dezake.
4. Tantalio karburoa estaldura prestatzeko prozesua
TaC estaldura prestatzeko metodoak hiru kategoriatan bana daitezke: fase solidoaren metodoa, fase likidoaren metodoa eta gas fasearen metodoa. Fase solidoaren metodoak murrizketa metodoa eta metodo kimikoa barne hartzen ditu batez ere; fase likidoaren metodoak gatz urtuaren metodoa, sol-gel metodoa (Sol-Gel), minda-sinterizazio metodoa, plasma ihinztatzeko metodoa barne hartzen ditu; gas-fasearen metodoak lurrun-deposizio kimikoa (CVD), lurrun-infiltrazio kimikoa (CVI) eta lurrun-jadatze fisikoa (PVD) barne hartzen ditu. Metodo ezberdinek bere abantailak eta desabantailak dituzte. Horien artean, CVD metodo nahiko heldua eta oso erabilia da TaC estaldurak prestatzeko. Prozesuaren etengabeko hobekuntzarekin, prozesu berriak garatu dira, hala nola hari beroko lurrun kimikoen deposizioa eta ioi-sorta lagundutako lurrun kimikoen deposizioa.
TaC estaldurak karbonoan oinarritutako eraldatutako materialen artean grafitoa, karbono-zuntza eta karbono/karbonozko material konposatuak daude batez ere. Grafitoaren gainean TaC estaldurak prestatzeko metodoen artean plasma ihinztaketa, CVD, minda sinterizazioa, etab.
CVD metodoaren abantailak: TaC estaldurak prestatzeko CVD metodoa tantalio-halogenuroan (TaX5) tantalio-iturri gisa eta hidrokarburoan (CnHm) karbono-iturri gisa oinarritzen da. Baldintza jakin batzuetan, Ta eta C-n deskonposatzen dira hurrenez hurren, eta gero elkarren artean erreakzionatzen dute TaC estaldurak lortzeko. CVD metodoa tenperatura baxuagoan egin daiteke, eta horrek estaldurak tenperatura altuko prestaketak edo tratamenduak eragindako akatsak eta propietate mekanikoak murriztea ekidin ditzake neurri batean. Estalduraren konposizioa eta egitura kontrolagarriak dira eta garbitasun handiko, dentsitate handiko eta lodiera uniformearen abantailak ditu. Are garrantzitsuagoa dena, CVD-k prestatutako TaC estalduren konposizioa eta egitura diseinatu eta erraz kontrola daitezke. Kalitate handiko TaC estaldurak prestatzeko metodo nahiko heldua eta oso erabilia da.
Prozesuan eragiten duten faktore nagusiak hauek dira:
A. Gas-emari-tasa (tantalo-iturria, hidrokarburo-gasa karbono-iturri gisa, gas eramailea, diluzio-gasa Ar2, gasa murrizteko H2): gas-emariaren aldaketak eragin handia du tenperatura-eremuan, presio-eremuan eta gas-fluxuaren eremuan. erreakzio-ganbera, estalduraren konposizioan, egituran eta errendimenduan aldaketak eraginez. Ar-ren fluxua handitzeak estalduraren hazkuntza-tasa moteldu eta alearen tamaina murriztuko du, TaCl5, H2 eta C3H6-ren masa molar-erlazioak estalduraren konposizioan eragiten duen bitartean. H2 eta TaCl5-ren erlazio molarra (15-20): 1 da, eta hori egokiagoa da. TaCl5 eta C3H6-ren erlazio molarra 3:1etik hurbil dago teorikoki. Gehiegizko TaCl5 edo C3H6k Ta2C edo karbono librea sortzea eragingo du, oblearen kalitateari eraginez.
B. Deposizio-tenperatura: zenbat eta handiagoa izan jalkitze-tenperatura, orduan eta azkarragoa izango da jalkitze-abiadura, orduan eta handiagoa izango da alearen tamaina eta orduan eta zakarragoa izango da estaldura. Horrez gain, hidrokarburoen deskonposizioaren tenperatura eta abiadura C eta TaCl5 deskonposizioa Ta desberdinak dira, eta Ta eta C-k litekeena da Ta2C eratzeko. Tenperaturak eragin handia du TaC estaldura eraldatutako karbono-materialetan. Deposizio-tenperatura handitu ahala, deposizio-tasa handitzen da, partikulen tamaina handitzen da eta partikulen forma esferikotik poliedrikora aldatzen da. Gainera, zenbat eta jalkitze-tenperatura handiagoa izan, orduan eta azkarrago deskonposatuko da TaCl5, orduan eta C aske gutxiago izango da, orduan eta tentsio handiagoa estalduran eta pitzadurak erraz sortuko dira. Dena den, jalkitze-tenperatura baxuak estalduraren deposizioaren eraginkortasun txikiagoa, deposizio-denbora luzeagoa eta lehengaien kostu handiagoak ekarriko ditu.
C. Deposizio-presioa: Deposizio-presioa estuki erlazionatuta dago materialaren gainazaleko energia askearekin eta erreakzio-ganberan gasaren egoitza-denboran eragingo du, eta, ondorioz, estalduraren nukleazio-abiadura eta partikulen tamaina eragingo du. Deposizio-presioa handitzen den heinean, gasaren egoitza-denbora luzeagoa da, erreaktiboek denbora gehiago dute nukleazio-erreakzioak jasateko, erreakzio-abiadura handitzen da, partikulak handiagoak dira eta estaldura lodiagoa da; Aitzitik, deposizio-presioa gutxitzen den heinean, erreakzio-gasaren egoitza-denbora laburra da, erreakzio-abiadura moteldu egiten da, partikulak txikiagoak dira eta estaldura meheagoa da, baina deposizio-presioak eragin txikia du estalduraren kristal-egituran eta konposizioan.
V. Tantalio karburoaren estalduraren garapen joera
TaC-ren hedapen termikoaren koefizientea (6,6 × 10−6K−1) karbonoan oinarritutako materialenarekin alderatuta zertxobait desberdina da, hala nola, grafitoa, karbono-zuntza eta C/C material konposatuak, eta horrek fase bakarreko TaC estaldurak pitzadura eta pitzadurarako joera izaten ditu. erortzen. TaC estalduren ablazio- eta oxidazio-erresistentzia, tenperatura altuko egonkortasun mekanikoa eta tenperatura altuko korrosio kimikoaren erresistentzia are gehiago hobetzeko, ikertzaileek estaldura-sistemei buruzko ikerketak egin dituzte, hala nola, estaldura-sistema konposatuak, soluzio solidoa hobetutako estaldura-sistemak eta gradientea. estaldura sistemak.
Estaldura konposatuaren sistema estaldura bakar baten pitzadurak ixtea da. Normalean, beste estaldura batzuk sartzen dira TaC-ren gainazalean edo barruko geruzan, estaldura-sistema konposatu bat osatzeko; HfC, ZrC eta abarrek disoluzio solidoen estaldura sendotzeko sistemak TaC-ren aurpegi-zentratutako egitura kubiko bera dute, eta bi karburoak elkarren artean infinituki disolbagarriak izan daitezke soluzio solidoaren egitura osatzeko. Hf(Ta)C estaldura pitzadurarik gabekoa da eta itsaspen ona du C/C material konposatuarekin. Estaldurak ablazioaren aurkako errendimendu bikaina du; gradiente-estaldura-sistema gradiente-estaldura estaldura-osagaien kontzentrazioari egiten zaio erreferentzia bere lodieraren norabidean. Egiturak barneko tentsioa murrizten du, hedapen termikoaren koefizienteen desegokia hobetu eta pitzadurak saihestu ditzake.
(II) Tantalo karburoa estaltzeko gailuen produktuak
QYR-ren (Hengzhou Bozhi) estatistiken eta aurreikuspenen arabera, tantalio karburozko estalduraren merkatu globalaren salmentak 2021ean 1,5986 milioi dolarra iritsi ziren (Cree-k bere burua ekoitzitako eta autohornitutako tantaliozko karburoko estaldura-gailuen produktuak kenduta), eta oraindik hasieran dago. industriaren garapenaren faseak.
1. Kristal-hedapen-eraztunak eta kristalak hazteko behar diren arragoa: enpresa bakoitzeko 200 kristal-hazkuntza-labeetan oinarrituta, TaC estalitako gailuen merkatu-kuota 4.700 milioi yuan ingurukoa da.
2. TaC erretiluak: erretilu bakoitzak 3 ostia eraman ditzake, erretilu bakoitza hilabetez erabil daiteke eta 100 ostia bakoitzeko erretilu 1 kontsumitzen da. 3 milioi oblek 30.000 TaC erretilu behar dituzte, erretilu bakoitza 20.000 pieza ingurukoa da, eta urtero 600 milioi inguru behar dira.
3. Karbonoa murrizteko beste eszenatoki batzuk. Esaterako, tenperatura altuko labearen estalkia, CVD pita, labe-hodiak, etab., 100 milioi inguru.
Argitalpenaren ordua: 2024-07-02