Milliseid väljakutseid SIC -i üksikute kristallide kasvu CVD TAC -katteprotsess seisab pooljuhtide töötlemisel?

Sissejuhatus

Uute energiasõidukite, 5G side ja muude valdkondade kiire arenguga suurenevad jõuelektroonikaseadmete jõudlusnõuded. Uue põlvkonna laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalina on ränikarbiidist (SiC) saanud võimsate elektroonikaseadmete eelistatud materjal, millel on suurepärased elektrilised omadused ja termiline stabiilsus. SiC monokristallide kasvuprotsess seisab aga silmitsi paljude väljakutsetega, mille hulgas on soojusvälja materjalide jõudlus üks võtmetegureid. Uut tüüpi soojusvälja materjalina on CVD TaC kate muutunud tõhusaks viisiks SiC monokristallide kasvu probleemi lahendamiseks tänu oma suurepärasele kõrge temperatuurikindlusele, korrosioonikindlusele ja keemilisele stabiilsusele. See artikkel uurib põhjalikult CVD TaC katte eeliseid, protsessi omadusi ja kasutusvõimalusi SiC monokristallide kasvatamisel.

Tööstuse taust

1. SiC monokristallide lai kasutusala ja probleemid, millega need tootmisprotsessis kokku puutuvad

SIC üksikkristallmaterjalid toimivad hästi kõrgel temperatuuril, kõrgsurve- ja kõrgsageduskeskkonnas ning neid kasutatakse laialdaselt elektrisõidukites, taastuvenergia ja suure tõhususega toiteallikes. Turu -uuringute kohaselt jõuab SIC turu suurus 2030. aastaks eeldatavasti 9 miljardi dollarini, keskmine aastane kasvutempo on üle 20%. SIC -i parem jõudlus muudab selle oluliseks aluseks järgmise põlvkonna elektrienergiaseadmete jaoks. SIC -i üksikute kristallide kasvu ajal seisavad termilised välimaterjalid siiski ekstreemsete keskkondade, näiteks kõrge temperatuuri, kõrgrõhu ja söövitavate gaaside testiga. Traditsioonilised termilised väljamaterjalid, näiteks grafiit ja räni karbiidi, on kergetel temperatuuridel kergesti oksüdeerunud ja deformeerunud ning reageerivad kasvu atmosfääriga, mõjutades kristalli kvaliteeti.

2.

CVD TaC kate võib pakkuda suurepärast stabiilsust kõrgel temperatuuril ja söövitavas keskkonnas, muutes selle asendamatuks materjaliks SiC monokristallide kasvatamiseks. Uuringud on näidanud, et TaC kate võib tõhusalt pikendada soojusvälja materjalide kasutusiga ja parandada SiC kristallide kvaliteeti. TaC kate võib püsida stabiilsena ekstreemsetes tingimustes kuni 2300 ℃, vältides substraadi oksüdeerumist ja keemilist korrosiooni.

Teema ülevaade

1.

CVD TAC -kattekiht moodustatakse kõrgel temperatuuril süsinikuallikaga tantaalallika (näiteks TACL5) reageerimise ja ladestamise teel ning sellel on suurepärane kõrge temperatuuriga vastupidavus, korrosioonikindlus ja hea adhesioon. Selle tihe ja ühtne katte struktuur võib tõhusalt takistada substraadi oksüdatsiooni ja keemilist korrosiooni.

2. CVD TAC -katte protsessi tehnilised väljakutsed

Kuigi CVD TAC -kattekihal on palju eeliseid, on selle tootmisprotsessis endiselt tehnilisi väljakutseid, näiteks materiaalne puhtuse kontroll, protsessi parameetrite optimeerimine ja kattekraami adhesioon.

I osa: CVD TaC katte võtmeroll

●  Kõrge temperatuuritaluvus

TaC sulamistemperatuur ja termokeemiline stabiilsus: TaC sulamistemperatuur on üle 3000 ℃, mis muudab selle stabiilseks äärmuslikel temperatuuridel, mis on SiC monokristallide kasvu jaoks ülioluline.

Jõudlus ekstreemses temperatuurikeskkonnas SIC ühekristallide kasvu ajal **: Uuringud on näidanud, et TAC-kattekiht võib tõhusalt takistada substraadi oksüdatsiooni kõrgel temperatuuril keskkonnas 900-2300 ℃, tagades sellega SIC-kristallide kvaliteedi.

●  Korrosioonikaitsetants

TaC katte kaitsev toime keemilisele erosioonile ränikarbiidi reaktsioonikeskkondades: TaC võib tõhusalt blokeerida selliste reagentide nagu Si ja SiC₂ erosiooni substraadil, pikendades termilise välja materjalide kasutusiga.

●  Järjepidevuse ja täpsuse nõuded

Vajadus katteta ühtluse ja paksuse tõrje: ühtlane katte paksus on kristallide kvaliteedi jaoks ülioluline ning igasugune ebaühtlus võib põhjustada termilise pinge kontsentratsiooni ja pragude moodustumist.

Tantaalkarbiid (TAC) kate mikroskoopilisel ristlõikel

II osa: CVD TAC katteprotsessi peamised väljakutsed

● Materjali allikas ja puhtuse kontroll

Kõrge puhtusastmega tantaali toorainete kulud ja tarneahela probleemid: tantaali tooraine hind kõigub suuresti ja tarne on ebastabiilne, mis mõjutab tootmiskulusid.

Kuidas materjali jäljendid mõjutavad katte jõudlust: lisandid võivad põhjustada katte jõudluse halvenemist, mõjutades sellega SIC -kristallide kvaliteeti.

● Protsessi parameetrite optimeerimine

Kattemperatuuri, rõhu ja gaasi voolu täpne kontroll: need parameetrid mõjutavad otsest kattekvaliteeti ja neid tuleb parimate sadestumise efekti tagamiseks peeneks reguleerida.

Kuidas vältida suurte ala substraatide katte puudusi: defektid tekivad suure piirkonna sadestumise ajal ja ladestumisprotsessi jälgimiseks ja kohandamiseks tuleb välja töötada uued tehnilised vahendid.

● Katteküütimine

Raskused TaC-katte ja aluspinna nakkevõime optimeerimisel: erinevate materjalide soojuspaisumistegurite erinevused võivad põhjustada sidemete eemaldamist ning haardumise parandamiseks on vaja täiustada liimaineid või sadestamisprotsesse.

Katte lahtiühendamisega seotud võimalikud riskid ja vastumeetmed: lahtiühendamine võib põhjustada tootmiskadusid, mistõttu on vaja välja töötada uued liimid või kasutada sidumistugevuse suurendamiseks komposiitmaterjale.

●  Seadmete hooldus ja protsesside stabiilsus

CVD-protsessiseadmete keerukus ja hoolduskulud: seadmed on kallid ja raskesti hooldatavad, mis suurendab tootmiskulusid.

Pikaajalise protsessi toimimise järjepidevusprobleemid: pikaajaline töö võib põhjustada jõudluse kõikumisi ja järjepidevuse tagamiseks tuleb seadmeid regulaarselt kalibreerida.

●  Keskkonnakaitse ja kulude kontroll

Katte ajal kõrvalsaaduste (näiteks kloriidide) töötlemine: keskkonnakaitsestandardite täitmiseks tuleb tõhusalt töödelda jäätmegaasi, mis suurendab tootmiskulusid.

Kuidas tasakaalustada kõrget jõudlust ja majanduslikku kasu: tootmiskulude vähendamine, tagades samal ajal katte kvaliteedi, on tööstuse ees seisev oluline väljakutse.

III osa: tööstuse lahendused ja piiriuuringud

● Uue protsessi optimeerimise tehnoloogia

Suurema täpsuse saavutamiseks kasutage täiustatud CVD-juhtimisalgoritme: algoritmi optimeerimise abil saab sadestuskiirust ja ühtlust parandada, parandades seeläbi tootmise efektiivsust.

Uute gaasivalemite või lisaainete tutvustamine katte jõudluse parandamiseks: uuringud on näidanud, et konkreetsete gaaside lisamine võib parandada katte adhesiooni ja antioksüdantide omadusi.

●  Läbimurdeid materjaliuuringutes ja -arenduses

TaC jõudluse parandamine nanostruktureeritud kattetehnoloogia abil: nanostruktuurid võivad oluliselt parandada TaC katete kõvadust ja kulumiskindlust, parandades seeläbi nende jõudlust ekstreemsetes tingimustes.

Sünteetilised alternatiivsed kattematerjalid (nt komposiitkeraamika): uued komposiitmaterjalid võivad tagada parema jõudluse ja vähendada tootmiskulusid.

● Automatiseerimine ja digitaalsed tehased

Protsesside jälgimine tehisintellekti ja anduritehnoloogia abil: reaalajas jälgimine saab protsessi parameetreid õigel ajal kohandada ja parandada tootmise tõhusust.

Parandage tootmise efektiivsust, vähendades samal ajal kulusid: automatiseerimistehnoloogia võib vähendada käsitsi sekkumist ja parandada üldist tootmise efektiivsust.