एकल क्रिस्टल फर्नेसहरूमा TaC-लेपित ग्रेफाइट भागहरूको आवेदन

को आवेदनTaC-लेपित ग्रेफाइट पार्ट्सएकल क्रिस्टल फर्नेसहरूमा

भाग 1

भौतिक भाप परिवहन (PVT) विधि प्रयोग गरेर SiC र AlN एकल क्रिस्टलको वृद्धिमा, क्रुसिबल, बीउ होल्डर, र गाईड रिङ जस्ता महत्त्वपूर्ण घटकहरूले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। चित्र २ मा चित्रण गरिए अनुसार [१], PVT प्रक्रियाको क्रममा, बीज क्रिस्टललाई तल्लो तापक्रम क्षेत्रमा राखिएको हुन्छ, जबकि SiC कच्चा पदार्थ उच्च तापक्रम (2400 ℃ माथि) मा उजागर हुन्छ। यसले कच्चा मालको विघटनमा जान्छ, SiXCy यौगिकहरू उत्पादन गर्दछ (मुख्य रूपमा Si, SiC₂, Si₂C, आदि सहित)। वाष्प चरण सामग्री त्यसपछि उच्च-तापमान क्षेत्रबाट कम-तापमान क्षेत्रको बीज क्रिस्टलमा ढुवानी गरिन्छ, जसको परिणामस्वरूप बीज केन्द्रक, क्रिस्टल वृद्धि, र एकल क्रिस्टलको उत्पादन हुन्छ। तसर्थ, यस प्रक्रियामा नियोजित थर्मल फिल्ड सामग्रीहरू, जस्तै क्रुसिबल, फ्लो गाइड रिंग, र बीज क्रिस्टल होल्डरले SiC कच्चा माल र एकल क्रिस्टललाई दूषित नगरी उच्च-तापमान प्रतिरोध प्रदर्शन गर्न आवश्यक छ। त्यसैगरी, AlN क्रिस्टलको वृद्धिमा प्रयोग हुने तताउने तत्वहरूले अल वाष्प र N₂ क्षरणको सामना गर्नुपर्दछ, जबकि क्रिस्टल तयारी समय घटाउनको लागि उच्च eutectic तापमान (AlN सँग) भएको पनि।

SiC [2-5] र AlN [2-3] को तयारीका लागि TaC-लेपित ग्रेफाइट थर्मल फिल्ड सामाग्रीको प्रयोग गर्दा न्यूनतम कार्बन (अक्सिजन, नाइट्रोजन) र अन्य अशुद्धता भएका उत्पादनहरू सफा हुन्छन् भन्ने देखियो। यी सामग्रीहरूले प्रत्येक क्षेत्रमा कम किनारा दोषहरू र कम प्रतिरोधकता प्रदर्शन गर्दछ। थप रूपमा, माइक्रोपोरहरू र नक्कली खाडलहरूको घनत्व (KOH एचिंग पछि) उल्लेखनीय रूपमा कम भएको छ, जसले क्रिस्टलको गुणस्तरमा उल्लेखनीय सुधार गर्दछ। यसबाहेक, TaC क्रुसिबलले लगभग शून्य तौल घटाउने प्रदर्शन गर्दछ, गैर-विनाशकारी उपस्थिति कायम राख्छ, र पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ (200 घण्टा सम्मको आयुको साथ), यसरी एकल क्रिस्टल तयारी प्रक्रियाहरूको स्थिरता र दक्षता बढाउँछ।

अंजीर। 2. (a) PVT विधि द्वारा SiC एकल क्रिस्टल इन्गट बढ्दो उपकरणको योजनाबद्ध रेखाचित्र

(b) शीर्ष TaC लेपित बीज कोष्ठक (SIC बीज सहित)

(c) TAC लेपित ग्रेफाइट गाइड रिंग

MOCVD GaN एपिटेक्सियल लेयर ग्रोथ हीटर

भाग 2

MOCVD (मेटल-अर्गानिक केमिकल वाष्प निक्षेप) GaN वृद्धिको क्षेत्रमा, अर्गानोमेटलिक विघटन प्रतिक्रियाहरू मार्फत पातलो फिल्महरूको वाष्प एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि महत्त्वपूर्ण प्रविधि, हीटरले प्रतिक्रिया कक्ष भित्र सटीक तापमान नियन्त्रण र एकरूपता प्राप्त गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। चित्र 3 (a) मा चित्रण गरिएझैं, हीटरलाई MOCVD उपकरणको मुख्य भाग मानिन्छ। विस्तारित अवधिमा सब्सट्रेटलाई द्रुत र समान रूपमा तताउने क्षमता (दोहोर्याइएको चिसो चक्र सहित), उच्च तापक्रम (ग्यासको क्षरणको प्रतिरोध गर्ने) को सामना गर्ने, र फिल्म शुद्धता कायम राख्ने क्षमताले सीधै फिल्मको गुणस्तर, मोटाई स्थिरता, र चिप प्रदर्शनलाई असर गर्छ।

MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टमहरूमा हीटरहरूको प्रदर्शन र रिसाइक्लिंग दक्षता बढाउन, TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटरहरूको परिचय सफल भएको छ। PBN (पाइरोलाइटिक बोरोन नाइट्राइड) कोटिंग्स प्रयोग गर्ने परम्परागत हीटरहरूसँग विपरित, TaC हीटरहरू प्रयोग गरेर बढेको GaN एपिटेक्सियल तहहरूले लगभग समान क्रिस्टल संरचनाहरू, मोटाई एकरूपता, भित्री दोष गठन, अशुद्धता डोपिङ, र प्रदूषण स्तरहरू प्रदर्शन गर्दछ। यसबाहेक, TaC कोटिंगले कम प्रतिरोधात्मकता र कम सतह उत्सर्जनशीलता देखाउँछ, जसको परिणामस्वरूप हीटरको दक्षता र एकरूपतामा सुधार हुन्छ, जसले गर्दा बिजुली खपत र गर्मी हानि कम हुन्छ। प्रक्रिया प्यारामिटरहरू नियन्त्रण गरेर, कोटिंगको पोरोसिटीलाई हीटरको विकिरण विशेषताहरू बढाउन र यसको आयु विस्तार गर्न समायोजन गर्न सकिन्छ [5]। यी फाइदाहरूले TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटरहरूलाई MOCVD GaN वृद्धि प्रणालीहरूको लागि उत्कृष्ट विकल्पको रूपमा स्थापित गर्दछ।

अंजीर। 3. (a) GaN epitaxial वृद्धिको लागि MOCVD उपकरणको योजनाबद्ध रेखाचित्र

(b) MOCVD सेटअपमा मोल्डेड TAC-कोटेड ग्रेफाइट हीटर स्थापना गरिएको, आधार र कोष्ठक बाहेक (तातोमा आधार र कोष्ठक देखाउने चित्रण)

(c) 17 GaN एपिटेक्सियल वृद्धि पछि TAC लेपित ग्रेफाइट हीटर। 

Epitaxy को लागि लेपित ससेप्टर (वेफर क्यारियर)

भाग/३

वेफर क्यारियर, SiC, AlN, र GaN जस्ता तेस्रो-कक्षा सेमीकन्डक्टर वेफरहरूको तयारीमा प्रयोग हुने एक महत्त्वपूर्ण संरचनात्मक घटक, एपिटेक्सियल वेफर वृद्धि प्रक्रियाहरूमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। सामान्यतया ग्रेफाइटबाट बनेको, वेफर वाहकलाई 1100 देखि 1600 डिग्री सेल्सियसको एपिटेक्सियल तापमान दायरा भित्र प्रक्रिया ग्यासहरूबाट क्षरण प्रतिरोध गर्न SiC को लेपित गरिन्छ। सुरक्षात्मक कोटिंगको जंग प्रतिरोधले वेफर क्यारियरको आयुलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा असर गर्छ। प्रायोगिक परिणामहरूले देखाएको छ कि TaC ले उच्च-तापमान अमोनियाको सम्पर्कमा आउँदा SiC भन्दा लगभग 6 गुणा ढिलो क्षरण दर प्रदर्शन गर्दछ। उच्च-तापमान हाइड्रोजन वातावरणमा, TaC को क्षरण दर SiC भन्दा 10 गुणा बढी ढिलो छ।

प्रायोगिक प्रमाणहरूले देखाएको छ कि TaC को साथ लेपित ट्रेहरूले अशुद्धताहरू परिचय नगरी नीलो बत्ती GaN MOCVD प्रक्रियामा उत्कृष्ट अनुकूलता प्रदर्शन गर्दछ। सीमित प्रक्रिया समायोजनको साथ, TaC वाहकहरू प्रयोग गरेर हुर्किएका LEDs ले पारंपरिक SiC वाहकहरू प्रयोग गरेर हुर्किएकाहरूसँग तुलनात्मक प्रदर्शन र एकरूपता देखाउँछन्। फलस्वरूप, TaC-लेपित वेफर वाहकहरूको सेवा जीवन अनकोटेड र SiC-कोटेड ग्रेफाइट क्यारियरहरूको भन्दा बढि हुन्छ।

चित्र। GaN epitaxial ग्रोन MOCVD उपकरण (Veeco P75) मा प्रयोग पछि वेफर ट्रे। बाँयामा एक TaC लेपित छ र दायाँमा SiC लेपित छ।

सामान्य तयारी विधिTaC लेपित ग्रेफाइट भागहरू

भाग 1

CVD (रासायनिक भाप निक्षेप) विधि:

900-2300 ℃ मा, TaCl5 र CnHm को ट्यान्टलम र कार्बन स्रोतको रूपमा प्रयोग गर्दै, H₂ घटाउने वातावरणको रूपमा, Ar₂as क्यारियर ग्यास, प्रतिक्रिया निक्षेप फिल्म। तयार कोटिंग कम्प्याक्ट, एकसमान र उच्च शुद्धता छ। यद्यपि, त्यहाँ केही समस्याहरू छन् जस्तै जटिल प्रक्रिया, महँगो लागत, कठिन वायु प्रवाह नियन्त्रण र कम निक्षेप दक्षता।

भाग 2

स्लरी sintering विधि:

कार्बनको स्रोत, ट्यान्टलम स्रोत, डिस्पर्सेन्ट र बाइन्डर भएको स्लरीलाई ग्रेफाइटमा लेप गरिन्छ र सुकेपछि उच्च तापक्रममा सिन्टेर गरिन्छ। तयार कोटिंग नियमित अभिमुखीकरण बिना बढ्छ, कम लागत छ र ठूलो मात्रामा उत्पादनको लागि उपयुक्त छ। यो ठूलो ग्रेफाइटमा एकसमान र पूर्ण कोटिंग प्राप्त गर्न, समर्थन दोषहरू हटाउन र कोटिंग बन्धन बल बढाउन अन्वेषण गर्न बाँकी छ।

भाग/३

प्लाज्मा स्प्रे गर्ने विधि:

TaC पाउडर उच्च तापक्रममा प्लाज्मा आर्कद्वारा पग्लिन्छ, उच्च-गतिको जेटद्वारा उच्च तापक्रमका थोपाहरूमा परमाणु बनाइन्छ, र ग्रेफाइट सामग्रीको सतहमा स्प्रे गरिन्छ। यो गैर-वैक्यूम अन्तर्गत अक्साइड तह बनाउन सजिलो छ, र ऊर्जा खपत ठूलो छ।

TaC लेपित ग्रेफाइट भागहरू समाधान गर्न आवश्यक छ

भाग 1

बाध्यकारी बल:

TaC र कार्बन सामग्रीहरू बीचको थर्मल विस्तार गुणांक र अन्य भौतिक गुणहरू फरक छन्, कोटिंग बन्डिङ बल कम छ, दरार, छिद्र र थर्मल तनावबाट बच्न गाह्रो छ, र कोटिंगलाई वास्तविक वातावरणमा सड्न सजिलो छ। दोहोर्याइएको बढ्दो र चिसो प्रक्रिया।

भाग 2

शुद्धता:

उच्च तापक्रम अवस्थाहरूमा अशुद्धता र प्रदूषणबाट बच्न TaC कोटिंग अति-उच्च शुद्धता हुनु आवश्यक छ, र पूर्ण कोटिंगको सतहमा र भित्रको नि: शुल्क कार्बन र आन्तरिक अशुद्धताहरूको प्रभावकारी सामग्री मापदण्ड र विशेषता मापदण्डहरू सहमत हुन आवश्यक छ।

भाग/३

स्थिरता:

उच्च तापमान प्रतिरोध र रासायनिक वायुमण्डल प्रतिरोध 2300 ℃ माथि कोटिंग को स्थिरता परीक्षण गर्न को लागी सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण संकेतकहरू हुन्। पिनहोलहरू, दरारहरू, हराइरहेको कुनाहरू, र एकल अभिमुखीकरण ग्रेन सीमाहरू ग्रेफाइटमा संक्षारक ग्यासहरू प्रवेश गर्न र प्रवेश गर्न सजिलो हुन्छ, जसले गर्दा कोटिंग सुरक्षा विफलता हुन्छ।

भाग/४

ओक्सीकरण प्रतिरोध:

TaC ले Ta2O5 मा अक्सिडाइज गर्न थाल्छ जब यो 500 ℃ माथि हुन्छ, र अक्सिडेशन दर तापमान र अक्सिजन एकाग्रताको वृद्धि संग तीव्र रूपमा बढ्छ। सतहको अक्सीकरण अनाजको सीमा र साना दानाबाट सुरु हुन्छ, र बिस्तारै स्तम्भको क्रिस्टल र टुटेको क्रिस्टलहरू बनाउँछ, जसले गर्दा ठूलो संख्यामा खाली ठाउँहरू र प्वालहरू हुन्छन्, र कोटिंग नछोड्दासम्म अक्सिजन घुसपैठ तीव्र हुन्छ। परिणामस्वरूप अक्साइड तहमा खराब थर्मल चालकता र उपस्थितिमा विभिन्न रंगहरू छन्।

भाग/५

एकरूपता र नरमपन:

कोटिंग सतहको असमान वितरणले स्थानीय थर्मल तनाव एकाग्रता निम्त्याउन सक्छ, क्र्याकिंग र स्प्यालिंगको जोखिम बढाउँछ। थप रूपमा, सतहको नरमपनले कोटिंग र बाह्य वातावरण बीचको अन्तरक्रियालाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ, र धेरै उच्च खुरपनाले सजिलै वेफर र असमान थर्मल क्षेत्रसँग घर्षण बढाउँछ।

भाग/६

अनाज आकार:

एकसमान अनाजको आकारले कोटिंगको स्थिरतालाई मद्दत गर्दछ। यदि अनाजको आकार सानो छ भने, बन्ड कडा हुँदैन, र यसलाई अक्सिडाइज गर्न र कोर्रोड गर्न सजिलो हुन्छ, फलस्वरूप अन्नको किनारमा ठूलो संख्यामा दरार र प्वालहरू हुन्छन्, जसले कोटिंगको सुरक्षात्मक प्रदर्शनलाई कम गर्दछ। यदि अन्नको आकार धेरै ठूलो छ भने, यो अपेक्षाकृत नराम्रो छ, र कोटिंग थर्मल तनाव अन्तर्गत फ्लेक गर्न सजिलो छ।

निष्कर्ष र संभावना

सामन्यतया,TaC लेपित ग्रेफाइट भागहरूबजार मा एक विशाल माग र आवेदन संभावना को एक विस्तृत श्रृंखला छ, वर्तमानTaC लेपित ग्रेफाइट भागहरूमुख्यधारा निर्माण CVD TaC कम्पोनेन्टहरूमा भर पर्नु हो। यद्यपि, CVD TaC उत्पादन उपकरणको उच्च लागत र सीमित निक्षेप दक्षताका कारण, परम्परागत SiC लेपित ग्रेफाइट सामग्री पूर्ण रूपमा प्रतिस्थापन गरिएको छैन। sintering विधिले प्रभावकारी रूपमा कच्चा मालको लागत घटाउन सक्छ, र ग्रेफाइट भागहरूको जटिल आकारहरूमा अनुकूलन गर्न सक्छ, ताकि थप विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सकिन्छ।