TaC కోటెడ్ గ్రాఫైట్ భాగాల అప్లికేషన్ మరియు డెవలప్‌మెంట్ సవాళ్లు

సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) పొర పెరుగుదల సందర్భంలో, థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉపయోగించే సాంప్రదాయ గ్రాఫైట్ పదార్థాలు మరియు కార్బన్-కార్బన్ మిశ్రమాలు 2300°C (Si, SiC₂, Si₂C) వద్ద సంక్లిష్ట వాతావరణాన్ని తట్టుకోవడంలో గణనీయమైన సవాళ్లను ఎదుర్కొంటాయి. ఈ పదార్ధాలు తక్కువ జీవితకాలం మాత్రమే కాకుండా, ఒకటి నుండి పది కొలిమి చక్రాల తర్వాత వివిధ భాగాలను మార్చడం అవసరం, కానీ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సబ్లిమేషన్ మరియు అస్థిరతను కూడా అనుభవిస్తాయి. ఇది కార్బన్ చేరికలు మరియు ఇతర క్రిస్టల్ లోపాలు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి ఖర్చులను పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు సెమీకండక్టర్ స్ఫటికాల యొక్క అధిక నాణ్యత మరియు స్థిరమైన వృద్ధిని నిర్ధారించడానికి, గ్రాఫైట్ భాగాలపై అల్ట్రా-అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు తుప్పు-నిరోధక సిరామిక్ పూతలను సిద్ధం చేయడం చాలా అవసరం. ఈ పూతలు గ్రాఫైట్ భాగాల జీవితకాలాన్ని పొడిగిస్తాయి, అపరిశుభ్రత వలసలను నిరోధిస్తాయి మరియు క్రిస్టల్ స్వచ్ఛతను మెరుగుపరుస్తాయి. SiC ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల సమయంలో, SiC-కోటెడ్ గ్రాఫైట్ బేస్‌లు సాధారణంగా సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు మద్దతు ఇవ్వడానికి మరియు వేడి చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. అయినప్పటికీ, ఈ స్థావరాల జీవితకాలం ఇంకా మెరుగుపడాలి మరియు ఇంటర్‌ఫేస్‌ల నుండి SiC డిపాజిట్‌లను తీసివేయడానికి వాటికి కాలానుగుణంగా శుభ్రపరచడం అవసరం. పోల్చి చూస్తే, టాంటాలమ్కార్బైడ్ (TaC) పూతలుతినివేయు వాతావరణాలు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు అత్యుత్తమ ప్రతిఘటనను అందిస్తాయి, ఇవి సరైన SiC క్రిస్టల్ వృద్ధిని సాధించడానికి కీలకమైన సాంకేతికతను అందిస్తాయి.

3880°C ద్రవీభవన స్థానంతో,TaCఅధిక యాంత్రిక బలం, కాఠిన్యం మరియు థర్మల్ షాక్ నిరోధకతను ప్రదర్శిస్తుంది. ఇది అమ్మోనియా, హైడ్రోజన్ మరియు సిలికాన్-కలిగిన ఆవిరితో కూడిన అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో అద్భుతమైన రసాయన జడత్వం మరియు ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని నిర్వహిస్తుంది. పూత పూసిన గ్రాఫైట్ (కార్బన్-కార్బన్ కాంపోజిట్) పదార్థాలుTaCసాంప్రదాయ హై-ప్యూరిటీ గ్రాఫైట్, pBN-కోటెడ్ మరియు SiC-కోటెడ్ కాంపోనెంట్‌లకు రీప్లేస్‌మెంట్‌లుగా అత్యంత ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి. అదనంగా, ఏరోస్పేస్ రంగంలో,TaCఅధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆక్సీకరణ-నిరోధక మరియు అబ్లేషన్-రెసిస్టెంట్ పూతగా ఉపయోగించడానికి గణనీయమైన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, ఇది విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను అందిస్తుంది. అయితే, దట్టమైన, ఏకరీతి మరియు నాన్-పీలింగ్ సాధించడంTaC పూతగ్రాఫైట్ ఉపరితలాలపై మరియు దాని పారిశ్రామిక-స్థాయి ఉత్పత్తిని ప్రోత్సహించడం అనేక సవాళ్లను కలిగి ఉంది. మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ల పెరుగుదల మరియు ఎపిటాక్సియల్ అభివృద్ధికి పూత యొక్క రక్షిత విధానాలను అర్థం చేసుకోవడం, ఉత్పత్తి ప్రక్రియలను ఆవిష్కరించడం మరియు అత్యుత్తమ అంతర్జాతీయ ప్రమాణాలతో పోటీపడడం చాలా ముఖ్యమైనవి.

ముగింపులో, SiC పొర వృద్ధి సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడానికి TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ భాగాల అభివృద్ధి మరియు అప్లికేషన్ కీలకం. లో సవాళ్లను పరిష్కరించడంTaC పూతతయారీ మరియు పారిశ్రామికీకరణ అధిక-నాణ్యత సెమీకండక్టర్ క్రిస్టల్ వృద్ధిని నిర్ధారించడానికి మరియు వినియోగాన్ని విస్తరించడానికి కీలకంTaC పూతలువివిధ అధిక-ఉష్ణోగ్రత అనువర్తనాల్లో.

1. TaC కోటెడ్ గ్రాఫైట్ కాంపోనెంట్స్ అప్లికేషన్

(1) క్రూసిబుల్, సీడ్ క్రిస్టల్ హోల్డర్ మరియు ఫ్లో ట్యూబ్ ఇన్SiC మరియు AlN సింగిల్ స్ఫటికాల PVT గ్రోత్

SiC తయారీకి భౌతిక ఆవిరి రవాణా (PVT) పద్ధతిలో, సీడ్ క్రిస్టల్ సాపేక్షంగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత జోన్‌లో ఉంచబడుతుంది, అయితే SiC ముడి పదార్థం అధిక-ఉష్ణోగ్రత జోన్‌లో (2400 ° C కంటే ఎక్కువ) ఉంటుంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత జోన్ నుండి సీడ్ క్రిస్టల్ ఉన్న తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత జోన్‌కు రవాణా చేయబడిన వాయు జాతులను (SiXCy) ఉత్పత్తి చేయడానికి ముడి పదార్థం కుళ్ళిపోతుంది. ఒకే స్ఫటికాలను రూపొందించడానికి న్యూక్లియేషన్ మరియు పెరుగుదలను కలిగి ఉన్న ఈ ప్రక్రియకు, అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు నిరోధకతను కలిగి ఉండే మరియు SiC ముడి పదార్థం మరియు స్ఫటికాలను కలుషితం చేయని క్రూసిబుల్స్, ఫ్లో రింగులు మరియు సీడ్ క్రిస్టల్ హోల్డర్‌ల వంటి ఉష్ణ క్షేత్ర పదార్థాలు అవసరం. AlN సింగిల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదలకు ఇలాంటి అవసరాలు ఉన్నాయి, ఇక్కడ హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ ఆల్ ఆవిరి మరియు N2 తుప్పును నిరోధించాలి మరియు క్రిస్టల్ తయారీ చక్రాన్ని తగ్గించడానికి అధిక యూటెక్టిక్ ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉండాలి.

ఉపయోగిస్తున్నట్లు అధ్యయనాలు చెబుతున్నాయిTaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ పదార్థాలుSiC మరియు AlN తయారీ కోసం ఉష్ణ క్షేత్రంలో తక్కువ కార్బన్, ఆక్సిజన్ మరియు నైట్రోజన్ మలినాలతో క్లీనర్ స్ఫటికాలు ఏర్పడతాయి. అంచు లోపాలు తగ్గించబడతాయి మరియు మైక్రోపోర్ మరియు ఎట్చ్ పిట్ సాంద్రతలతో పాటు వివిధ ప్రాంతాలలో రెసిస్టివిటీ గణనీయంగా తగ్గుతుంది, ఇది క్రిస్టల్ నాణ్యతను బాగా పెంచుతుంది. ఇంకా, దిTaCక్రూసిబుల్ అతితక్కువ బరువు తగ్గడాన్ని చూపిస్తుంది మరియు ఎటువంటి నష్టం జరగదు, ఇది పునర్వినియోగాన్ని అనుమతిస్తుంది (200 గంటల వరకు జీవితకాలం), సింగిల్ క్రిస్టల్ తయారీ యొక్క స్థిరత్వం మరియు సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది.

(2 ) MOCVD GaN ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ గ్రోత్‌లో హీటర్

MOCVD GaN పెరుగుదల అనేది సన్నని ఫిల్మ్‌లను ఎపిటాక్సియల్‌గా పెంచడానికి రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ సాంకేతికతను ఉపయోగించడం. గది ఉష్ణోగ్రత యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు ఏకరూపత హీటర్‌ను కీలకమైన భాగం చేస్తుంది. ఇది చాలా కాలం పాటు స్థిరంగా మరియు ఏకరీతిలో ఉపరితలాన్ని వేడి చేయాలి మరియు తినివేయు వాయువుల క్రింద అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండాలి.

MOCVD GaN సిస్టమ్ హీటర్ యొక్క పనితీరు మరియు పునర్వినియోగ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి,TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్హీటర్లు విజయవంతంగా ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి. pBN పూతలతో కూడిన సాంప్రదాయ హీటర్‌లతో పోలిస్తే, TaC హీటర్‌లు క్రిస్టల్ నిర్మాణం, మందం ఏకరూపత, అంతర్గత లోపాలు, అశుద్ధ డోపింగ్ మరియు కాలుష్య స్థాయిలలో పోల్చదగిన పనితీరును చూపుతాయి. యొక్క తక్కువ నిరోధకత మరియు ఉపరితల ఉద్గారతTaC పూతహీటర్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని మరియు ఏకరూపతను మెరుగుపరుస్తుంది, శక్తి వినియోగం మరియు వేడి వెదజల్లడాన్ని తగ్గిస్తుంది. పూత యొక్క సర్దుబాటు సచ్ఛిద్రత హీటర్ యొక్క రేడియేషన్ లక్షణాలను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది మరియు దాని జీవితకాలాన్ని పొడిగిస్తుంది.TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్MOCVD GaN గ్రోత్ సిస్టమ్‌లకు హీటర్‌లు అత్యుత్తమ ఎంపిక.

చిత్రం 2. (a) GaN ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల కోసం MOCVD ఉపకరణం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

(బి) MOCVD సెటప్‌లో ఏర్పాటు చేయబడిన TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ హీటర్, బేస్ మరియు సపోర్ట్‌లను మినహాయించి (ఇన్సెట్ బేస్ మరియు హీటింగ్ సమయంలో సపోర్ట్ చేస్తుంది)

(సి)GaN ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల యొక్క 17 చక్రాల తర్వాత TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ హీటర్

(3)ఎపిటాక్సియల్ కోటింగ్ ట్రేలు (వేఫర్ క్యారియర్లు)

SiC, AlN మరియు GaN వంటి మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పొరల తయారీ మరియు ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలలో పొర క్యారియర్లు కీలకమైన నిర్మాణ భాగాలు. చాలా పొర క్యారియర్‌లు గ్రాఫైట్‌తో తయారు చేయబడ్డాయి మరియు ప్రాసెస్ వాయువుల నుండి తుప్పు పట్టడానికి SiC తో పూత పూయబడి ఉంటాయి, ఇవి 1100 నుండి 1600 ° C ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో పనిచేస్తాయి. రక్షణ పూత యొక్క వ్యతిరేక తుప్పు సామర్థ్యం క్యారియర్ యొక్క జీవితకాలం కోసం కీలకమైనది.

అధిక-ఉష్ణోగ్రత అమ్మోనియా మరియు హైడ్రోజన్ పరిసరాలలో TaC యొక్క తుప్పు రేటు SiC కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉందని పరిశోధనలు సూచిస్తున్నాయి.TaC పూతట్రేలు బ్లూ GaN MOCVD ప్రక్రియలతో మరింత అనుకూలతను కలిగి ఉంటాయి మరియు అపరిశుభ్రత ప్రవేశాన్ని నిరోధిస్తాయి. ఉపయోగించి పెరిగిన LED పనితీరుTaC క్యారియర్లుసాంప్రదాయ SiC క్యారియర్‌లతో పోల్చవచ్చుTaC పూతఉన్నతమైన జీవితకాలాన్ని ప్రదర్శించే ట్రేలు.

చిత్రం 3. GaN ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల కోసం MOCVD పరికరాలు (Veeco P75)లో ఉపయోగించే పొర ట్రేలు. ఎడమ వైపున ఉన్న ట్రే TaCతో పూత పూయబడి ఉండగా, కుడి వైపున ఉన్న ట్రే SiCతో పూత పూయబడి ఉంటుంది.

2. TaC కోటెడ్ గ్రాఫైట్ భాగాలలో సవాళ్లు

సంశ్లేషణ:మధ్య ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం వ్యత్యాసంTaCమరియు కార్బన్ పదార్థాలు తక్కువ పూత సంశ్లేషణ శక్తిని కలిగిస్తాయి, ఇది పగుళ్లు, సచ్ఛిద్రత మరియు ఉష్ణ ఒత్తిడికి గురవుతుంది, ఇది తినివేయు వాతావరణంలో పూత స్పేలేషన్ మరియు పునరావృత ఉష్ణోగ్రత సైక్లింగ్‌కు దారితీస్తుంది.

స్వచ్ఛత: TaC పూతలుఅధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మలినాలను ప్రవేశపెట్టకుండా ఉండటానికి అల్ట్రా-హై స్వచ్ఛతను తప్పనిసరిగా నిర్వహించాలి. పూత లోపల ఉచిత కార్బన్ మరియు అంతర్గత మలినాలను అంచనా వేయడానికి ప్రమాణాలు ఏర్పాటు చేయాలి.

స్థిరత్వం:2300°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు రసాయన వాతావరణాలకు ప్రతిఘటన కీలకం. పిన్‌హోల్స్, పగుళ్లు మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రెయిన్ సరిహద్దులు వంటి లోపాలు తినివేయు వాయువు చొరబాట్లకు గురవుతాయి, ఇది పూత వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.

ఆక్సీకరణ నిరోధకత:TaC500 ° C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆక్సీకరణం ప్రారంభమవుతుంది, Ta2O5 ఏర్పడుతుంది. ఉష్ణోగ్రత మరియు ఆక్సిజన్ గాఢతతో ఆక్సీకరణ రేటు పెరుగుతుంది, ఇది ధాన్యం సరిహద్దులు మరియు చిన్న ధాన్యాల నుండి ప్రారంభమవుతుంది, ఇది గణనీయమైన పూత క్షీణత మరియు చివరికి స్పేలేషన్‌కు దారితీస్తుంది.

ఏకరూపత మరియు కరుకుదనం: అస్థిరమైన పూత పంపిణీ స్థానికీకరించిన ఉష్ణ ఒత్తిడికి కారణమవుతుంది, పగుళ్లు మరియు స్పేలేషన్ ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది. ఉపరితల కరుకుదనం బాహ్య వాతావరణంతో పరస్పర చర్యలను ప్రభావితం చేస్తుంది, అధిక కరుకుదనం పెరిగిన ఘర్షణ మరియు అసమాన ఉష్ణ క్షేత్రాలకు దారితీస్తుంది.

ధాన్యం పరిమాణం:ఏకరీతి ధాన్యం పరిమాణం పూత స్థిరత్వాన్ని పెంచుతుంది, అయితే చిన్న ధాన్యాలు ఆక్సీకరణం మరియు తుప్పుకు గురవుతాయి, ఇది సారంధ్రత మరియు తగ్గిన రక్షణకు దారితీస్తుంది. పెద్ద ధాన్యాలు థర్మల్ ఒత్తిడి-ప్రేరిత స్పేలేషన్‌కు కారణమవుతాయి.

3. ముగింపు మరియు ఔట్‌లుక్

TaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ భాగాలు గణనీయమైన మార్కెట్ డిమాండ్ మరియు విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను కలిగి ఉన్నాయి. యొక్క ప్రధాన స్రవంతి ఉత్పత్తిTaC పూతలుప్రస్తుతం CVD TaC భాగాలపై ఆధారపడుతుంది, అయితే CVD పరికరాల యొక్క అధిక ధర మరియు పరిమిత నిక్షేపణ సామర్థ్యం సాంప్రదాయ SiC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ పదార్థాలను ఇంకా భర్తీ చేయలేదు. సింటరింగ్ పద్ధతులు ముడిసరుకు ఖర్చులను సమర్థవంతంగా తగ్గించగలవు మరియు సంక్లిష్టమైన గ్రాఫైట్ ఆకృతులను, విభిన్న అప్లికేషన్ అవసరాలను తీర్చగలవు. AFTech, CGT కార్బన్ GmbH మరియు టోయో టాన్సో వంటి కంపెనీలు పరిపక్వతను కలిగి ఉన్నాయిTaC పూతప్రక్రియలు మరియు మార్కెట్ ఆధిపత్యం.

చైనాలో, అభివృద్ధిTaC పూతతో కూడిన గ్రాఫైట్ భాగాలుఇప్పటికీ దాని ప్రయోగాత్మక మరియు ప్రారంభ పారిశ్రామికీకరణ దశల్లో ఉంది. పరిశ్రమను అభివృద్ధి చేయడానికి, ప్రస్తుత తయారీ పద్ధతులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం, కొత్త అధిక-నాణ్యత TaC పూత ప్రక్రియలను అన్వేషించడం మరియు అర్థం చేసుకోవడంTaC పూతరక్షణ విధానాలు మరియు వైఫల్యం మోడ్‌లు అవసరం. విస్తరిస్తోందిTaC పూత అప్లికేషన్లుపరిశోధనా సంస్థలు మరియు సంస్థల నుండి నిరంతర ఆవిష్కరణ అవసరం. దేశీయ మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ మార్కెట్ పెరుగుతున్నందున, అధిక-పనితీరు గల పూతలకు డిమాండ్ పెరుగుతుంది, దేశీయ ప్రత్యామ్నాయాలను భవిష్యత్ పరిశ్రమ ధోరణిగా మారుస్తుంది.**