सिंगल क्रिस्टल फर्नेसमध्ये TaC-कोटेड ग्रेफाइट भागांचा वापर

चा अर्जTaC-लेपित ग्रेफाइट भागसिंगल क्रिस्टल फर्नेसमध्ये

भाग 1

भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT) पद्धतीचा वापर करून SiC आणि AlN सिंगल क्रिस्टल्सच्या वाढीमध्ये, क्रूसिबल, सीड होल्डर आणि मार्गदर्शक रिंग यासारखे महत्त्वपूर्ण घटक महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. आकृती 2 [1] मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, पीव्हीटी प्रक्रियेदरम्यान, बियाणे क्रिस्टल कमी तापमानाच्या प्रदेशात स्थित आहे, तर SiC कच्चा माल उच्च तापमानात (2400 ℃ वरील) उघड आहे. यामुळे कच्च्या मालाचे विघटन होते, ज्यामुळे SiXCy संयुगे तयार होतात (प्रामुख्याने Si, SiC₂, Si₂C, इत्यादी). वाष्प अवस्था सामग्री नंतर उच्च-तापमान प्रदेशातून कमी-तापमान प्रदेशातील बीज क्रिस्टलमध्ये वाहून नेली जाते, परिणामी बियाणे केंद्रके तयार होतात, क्रिस्टल वाढतात आणि एकल क्रिस्टल्सची निर्मिती होते. त्यामुळे, या प्रक्रियेत वापरले जाणारे थर्मल फील्ड मटेरियल, जसे की क्रूसिबल, फ्लो गाईड रिंग आणि सीड क्रिस्टल होल्डर, यांना SiC कच्चा माल आणि सिंगल क्रिस्टल्स दूषित न करता उच्च-तापमान प्रतिरोध प्रदर्शित करणे आवश्यक आहे. त्याचप्रमाणे, AlN क्रिस्टलच्या वाढीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या गरम घटकांना अल वाष्प आणि N₂ गंज सहन करणे आवश्यक आहे, तसेच क्रिस्टल तयार करण्याची वेळ कमी करण्यासाठी उच्च युटेटिक तापमान (AlN सह) 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 असलेली स्वच्छ उत्पादने तयार होतात. 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. 2. (अ) PVT पद्धतीने SiC सिंगल क्रिस्टल इनगॉट ग्रोइंग यंत्राचे योजनाबद्ध आकृती

(b) टॉप TaC लेपित बियाणे कंस (SIC बियाण्यासह)

(c) TAC-लेपित ग्रेफाइट मार्गदर्शक रिंग

MOCVD GaN एपिटॅक्सियल 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 (अ) 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.

MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टीममधील हीटर्सची कार्यक्षमता आणि पुनर्वापराची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी, TaC-कोटेड ग्रेफाइट हीटर्सचा परिचय यशस्वी झाला आहे. pBN (पायरोलाइटिक बोरॉन नायट्राइड) कोटिंग्जचा वापर करणाऱ्या पारंपारिक हीटर्सच्या विरोधाभासी, TaC हीटर्स वापरून उगवलेल्या GaN एपिटॅक्सियल लेयर्समध्ये जवळजवळ सारखीच क्रिस्टल संरचना, जाडी एकसमानता, आंतरिक दोष निर्मिती, अशुद्धता डोपिंग आणि दूषित पातळी दिसून येते. शिवाय, TaC कोटिंग कमी प्रतिरोधकता आणि कमी पृष्ठभागाची उत्सर्जनशीलता दर्शवते, परिणामी हीटरची कार्यक्षमता आणि एकसमानता सुधारते, ज्यामुळे विजेचा वापर आणि उष्णता कमी होते. प्रक्रिया पॅरामीटर्स नियंत्रित करून, कोटिंगची सच्छिद्रता समायोजित केली जाऊ शकते ज्यामुळे हीटरची रेडिएशन वैशिष्ट्ये आणखी वाढवता येतात आणि त्याचे आयुष्य वाढवता येते [5]. हे फायदे TaC-कोटेड ग्रेफाइट हीटर्सना MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टीमसाठी उत्कृष्ट पर्याय म्हणून स्थापित करतात.

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

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

(c) 17 GaN एपिटॅक्सियल वाढीनंतर TAC-लेपित ग्रेफाइट हीटर. 

एपिटॅक्सी (वेफर वाहक) साठी कोटेड ससेप्टर

भाग/३

SiC, AlN आणि GaN सारख्या तृतीय-श्रेणीच्या अर्धसंवाहक वेफर्सच्या तयारीमध्ये वापरला जाणारा एक महत्त्वाचा स्ट्रक्चरल घटक, वेफर कॅरिअर, एपिटॅक्सियल वेफर वाढीच्या प्रक्रियेत महत्त्वाची भूमिका बजावते. सामान्यत: ग्रेफाइटचे बनलेले, वेफर वाहक 1100 ते 1600 °C च्या एपिटॅक्सियल तापमान श्रेणीमध्ये प्रक्रिया वायूंपासून गंजण्यास प्रतिकार करण्यासाठी SiC सह लेपित केले जाते. संरक्षक कोटिंगचा गंज प्रतिरोधक वेफर कॅरियरच्या आयुष्यावर लक्षणीय परिणाम करतो. प्रायोगिक परिणामांनी दर्शविले आहे की उच्च-तापमान अमोनियाच्या संपर्कात असताना TaC हा SiC पेक्षा अंदाजे 6 पट कमी गंज दर प्रदर्शित करतो. उच्च-तापमान हायड्रोजन वातावरणात, TaC चा गंज दर SiC पेक्षा 10 पटीने कमी असतो.

प्रायोगिक पुराव्याने असे दिसून आले आहे की TaC सह लेपित ट्रे निळ्या प्रकाशाच्या GaN MOCVD प्रक्रियेमध्ये अशुद्धता न आणता उत्कृष्ट सुसंगतता प्रदर्शित करतात. मर्यादित प्रक्रिया ऍडजस्टमेंटसह, TaC वाहक वापरून वाढविलेले LEDs पारंपारिक SiC वाहक वापरून घेतलेल्या तुलनेत तुलनात्मक कार्यप्रदर्शन आणि एकसमानता दर्शवतात. 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 पद्धतTaC लेपित ग्रेफाइट भाग

भाग 1

CVD (रासायनिक वाष्प जमा) पद्धत:

900-2300℃ वर, TaCl5 आणि CnHm टँटलम आणि कार्बन स्त्रोत म्हणून वापरणे, वातावरण कमी करणारे H₂, Ar₂ वाहक वायू, प्रतिक्रिया जमा करणारे चित्रपट. तयार कोटिंग कॉम्पॅक्ट, एकसमान आणि उच्च शुद्धता आहे. तथापि, काही समस्या आहेत जसे की क्लिष्ट प्रक्रिया, महाग खर्च, कठीण वायुप्रवाह नियंत्रण आणि कमी जमा कार्यक्षमता.

भाग 2

स्लरी सिंटरिंग पद्धत:

कार्बन स्त्रोत, टँटलम स्त्रोत, डिस्पर्संट आणि बाईंडर असलेली स्लरी ग्रेफाइटवर लेपित केली जाते आणि कोरडे झाल्यानंतर उच्च तापमानात सिंटर केली जाते. तयार कोटिंग नियमित अभिमुखतेशिवाय वाढते, त्याची किंमत कमी असते आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य असते. मोठ्या ग्रेफाइटवर एकसमान आणि पूर्ण कोटिंग मिळवणे, समर्थन दोष दूर करणे आणि कोटिंग बाँडिंग फोर्स वाढवणे हे शोधणे बाकी आहे.

भाग/३

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:

TaC आणि कार्बन पदार्थांमधील थर्मल विस्तार गुणांक आणि इतर भौतिक गुणधर्म भिन्न आहेत, कोटिंग बाँडिंग ताकद कमी आहे, क्रॅक, छिद्र आणि थर्मल ताण टाळणे कठीण आहे आणि कोटिंगला वास्तविक वातावरणात सोलणे सोपे आहे ज्यामध्ये सडणे आणि पुनरावृत्ती वाढणे आणि थंड होण्याची प्रक्रिया.

भाग 2

पवित्रता:

उच्च तापमानाच्या परिस्थितीत अशुद्धता आणि प्रदूषण टाळण्यासाठी TaC कोटिंग अति-उच्च शुद्धता असणे आवश्यक आहे आणि संपूर्ण कोटिंगच्या पृष्ठभागावर आणि आतील मुक्त कार्बन आणि आंतरिक अशुद्धतेचे प्रभावी सामग्री मानक आणि वैशिष्ट्यीकरण मानके मान्य करणे आवश्यक आहे.

भाग/३

स्थिरता:

उच्च तापमानाचा प्रतिकार आणि 2300 ℃ वरील रासायनिक वातावरणाचा प्रतिकार हे कोटिंगची स्थिरता तपासण्यासाठी सर्वात महत्वाचे संकेतक आहेत. पिनहोल्स, क्रॅक, गहाळ कोपरे आणि सिंगल ओरिएंटेशन ग्रेन सीमांमुळे संक्षारक वायू ग्रेफाइटमध्ये प्रवेश करणे आणि आत प्रवेश करणे सोपे आहे, परिणामी कोटिंग संरक्षण अपयशी ठरते.

भाग/4

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/५

एकसमानता आणि उग्रपणा:

कोटिंग पृष्ठभागाच्या असमान वितरणामुळे स्थानिक थर्मल ताण एकाग्रता होऊ शकते, ज्यामुळे क्रॅक आणि स्पॅलिंगचा धोका वाढतो. याव्यतिरिक्त, पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा थेट कोटिंग आणि बाह्य वातावरणातील परस्परसंवादावर परिणाम करतो आणि खूप जास्त खडबडीतपणा सहजपणे वेफर आणि असमान थर्मल फील्डसह घर्षण वाढवते.

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

सामान्यतः,TaC लेपित ग्रेफाइट भागबाजारात प्रचंड मागणी आहे आणि अनुप्रयोग संभावनांची विस्तृत श्रेणी आहे, वर्तमानTaC 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.