Bunábhar le haghaidh Fás SiC: Cumhdach Carbide Tantalum

Is é an modh a úsáidtear go coitianta le haghaidh ullmhú criostail aonair Silicon Carbide an modh PVT (Iompar Gal Fisiciúil), áit a mbaineann an prionsabal na hamhábhair a chur i gcrios ardteochta, agus an criostail síl i limistéar teocht réasúnta íseal. Dhianscaoileann na hábhair amh ag an teocht níos airde, ag táirgeadh substaintí gásacha go díreach gan dul trí chéim leachtach. Déantar na substaintí gásacha seo, atá á dtiomáint ag an grádán teocht aiseach, a iompar chuig an gcriostail síl, áit a dtarlaíonn núicléasú agus fás, rud a fhágann go ndéantar criostalú criostail aonair Silicon Carbide. Faoi láthair, úsáideann cuideachtaí eachtracha mar Cree, II-VI, SiCrystal, Dow, agus cuideachtaí intíre cosúil le Tianyue Advanced, Tianke Heida, agus Century Jingxin an modh seo.

Tá os cionn 200 cineál criostail ag Silicon Carbide, agus tá gá le rialú beacht chun an cineál criostail aonair atá ag teastáil a ghiniúint (cineál criostail 4H go príomha). De réir nochtadh IPO Tianyue Advanced, b'ionann rátaí toraidh slat criostail 41%, 38.57%, 50.73%, agus 49.90% ó 2018 go H1 2021, agus b'ionann rátaí toraidh an tsubstráit 72.61%, 75.15%, 70.74%. ráta toraidh foriomlán de 37.7% faoi láthair. Ag baint úsáide as an modh Pvt príomhshrutha mar shampla, tá an ráta toraidh íseal go príomha mar gheall ar na deacrachtaí seo a leanas in ullmhú substráit SiC:

Rialú réimse teochta deacair: Ní mór slata criostail SiC a tháirgeadh ag 2500 ° C, ach ní éilíonn criostail sileacain ach 1500 ° C, rud a éilíonn foirnéisí criostail aonair speisialta. Cruthaíonn rialú beacht teochta le linn táirgeadh dúshláin shuntasacha.

Luas táirgthe mall: Fásann ábhar Sileacain Traidisiúnta ag ráta 300 milliméadar in aghaidh na huaire, ach ní féidir le criostail aonair Silicon Carbide fás ach ag 400 micriméadar in aghaidh na huaire, beagnach 800 uair níos moille.

Riachtanas paraiméadair ardcháilíochta, deacracht maidir le rialú fíor-ama ar ráta toraidh an bhosca dhubh: Áirítear ar bhunpharaiméadair na sliseog SiC dlús microtube, dlús dislocation, friotachas, cuaire, roughness dromchla, etc. Le linn fás criostail, rialú beacht ar an Silicon- Tá cóimheas go-Carbóin, grádán teocht fáis, ráta fáis criostail, brú airflow, etc., riachtanach chun éilliú polycrystalline a sheachaint, rud a fhágann go bhfuil criostail neamhcháilithe ann. Níl sé indéanta breathnú fíor-ama ar fhás criostail i mbosca dubh an bhreogán graifíte, rud a éilíonn rialú beacht réimse teirmeach, meaitseáil ábhar, agus taithí carntha.

Deacracht i leathnú trastomhas criostail: Faoin modh iompair gáis-chéim, tá dúshláin shuntasacha ag baint leis an teicneolaíocht leathnaithe d'fhás criostail SiC, agus an deacracht fáis ag méadú go geoiméadrach mar a mhéadaíonn méid criostail.

Ráta toraidh íseal go ginearálta: Cuimsíonn an ráta toraidh íseal dhá nasc - (1) Ráta toraidh slat criostail = aschur slat criostail leathsheoltóra de ghrád / (aschur slat criostail leathsheoltóra de ghrád + aschur slat criostail neamh-leathsheoltóra-grád) × 100%; (2) Ráta toraidh an tsubstráit = aschur tsubstráit cáilithe / (aschur tsubstráit cháilithe + aschur tsubstráit neamhcháilithe) × 100%.

Chun foshraitheanna ard-chaighdeán, ard-toraidh Silicon Carbide a ullmhú, tá ábhar réimse teasa maith riachtanach le haghaidh rialú teochta beacht. Is éard atá sna feisteáin breogán réimse teirmeach atá ann faoi láthair go príomha comhpháirteanna struchtúracha graifít ard-íonachta, a úsáidtear chun púdar Carbóin agus púdar Sileacain a théamh, a leá, agus insliú. Tá neart sonrach níos fearr agus modúl sonrach ag ábhair graifíte, friotaíocht maith le turraing teirmeach agus creimeadh, etc. Mar sin féin, tá míbhuntáistí acu mar ocsaídiú i dtimpeallachtaí ocsaigine ardteochta, droch-fhriotaíocht amóinia agus scratching, rud a fhágann nach bhfuil siad in ann freastal ar an déine atá ag éirí níos déine. ceanglais maidir le hábhair graifíte i bhfás criostail aonair Silicon Carbide agus i dtáirgeadh wafer epitaxial. Mar sin, is maith le bratuithe ardteochtaTantalam Carbideag fáil tóir.

1. TréitheCumhdach Carbide Tantalum 

Tá leáphointe ard de 3880 ° C ag ceirmeach Tantalum Carbide (TaC), le cruas ard (cruas Mohs de 9-10), seoltacht teirmeach suntasach (22W · m-1 · K - 1), neart solúbtha ard (340-400MPa ), agus comhéifeacht leathnaithe teirmeach íseal (6.6×10−6K−1). Taispeánann sé cobhsaíocht theirmeach agus ceimiceach den scoth agus airíonna fisiceacha den scoth, le comhoiriúnacht mhaith ceimiceach agus meicniúil le graifít,C/C ábhair chomhchodacha, etc. Dá bhrí sin, úsáidtear bratuithe TaC go forleathan i gcosaint teirmeach aeraspáis, fás criostail aonair, leictreonaic fuinnimh, feistí leighis, agus réimsí eile.

Cumhdach TaC ar graifíttá friotaíocht creimeadh ceimiceach níos fearr aige ná graifít lom nóGraifít SiC-brataithe, agus is féidir é a úsáid go cobhsaí ag teochtaí arda suas le 2600 ° C gan imoibriú le go leor eilimintí miotalacha. Meastar gurb é an sciath is fearr le haghaidh fás criostail aonair leathsheoltóra tríú glúin agus eitseáil wafer, feabhas suntasach ar rialú teochta agus neamhíonachta sa phróiseas, rud a fhágann go dtáirgtear sliseog ard-chaighdeán Silicon Carbide agus gaolmhara.sliseog epitaxial. Tá sé oiriúnach go háirithe le haghaidh fás trealaimh MOCVD de GaN nóCriostail aonair AlNagus fás trealaimh PVT de chriostail singil SiC, rud a fhágann go bhfuil cáilíocht criostail feabhsaithe go mór.

2. BuntáistíCumhdach Carbide Tantalum 

Gléasanna Úsáid a bhaint asBratuithe Carbide Tantalum (TaC).is féidir leis saincheisteanna lochtanna imeall criostail a réiteach, cáilíocht fáis criostail a fheabhsú, agus tá sé ar cheann de na croítheicneolaíochtaí le haghaidh "fás tapa, fás tiubh, fás mór." Tá sé léirithe ag taighde tionscail freisin gur féidir le breogáin graifíte atá brataithe le TaC téamh níos comhionainne a bhaint amach, rialú próisis den scoth a sholáthar d’fhás criostail aonair SiC, rud a laghdódh go mór an dóchúlacht go gcruthóidh imill chriostail SiC polacriostail. Ina theannta sin,Breogáin graifíte atá brataithe le TaCdhá bhuntáiste mhór a thairiscint:

(1) Laghdú ar lochtanna SiC I rialú lochtanna criostail aonair SiC, tá trí bhealach tábhachtacha de ghnáth, i.e. paraiméadair fáis a bharrfheabhsú agus úsáid a bhaint as bunábhair ardchaighdeáin (amhailPúdair fhoinse SiC), agus ag cur in ionad breogáin graifíteBreogáin graifíte atá brataithe le TaCchun dea-chaighdeán criostail a bhaint amach.

Léaráid scéimreach de ghnáth-breogán graifíte (a) agus de bhreogán TaC-brataithe (b) 

De réir taighde ó Ollscoil Oirthear na hEorpa sa Chóiré, is é an príomh-eisíontas i bhfás criostail SiC ná nítrigin.Breogáin graifíte atá brataithe le TaCis féidir leis ionchorprú nítrigine i criostail SiC a theorannú go héifeachtach, rud a laghdóidh foirmiú lochtanna cosúil le micreafheadáin, agus feabhas a chur ar cháilíocht na criostail. Staidéar a thaispeáint nach faoi na coinníollacha céanna, an tiúchan iompróir isliseog SiCa fhástar i ngnáthbhreogáin graifíte agusBreogáin TaC-brataithethart ar 4.5×1017/cm agus 7.6×1015/cm, faoi seach.

Comparáid idir lochtanna i bhfás criostail shingil sic idir gnáthbhreogán graifíte (a) agus breogán TaC-brataithe (b)

(2) Ag cur le saol na breogáin graifíte Faoi láthair, tá costas criostail SiC fós ard, agus is ionann earraí inchaite graifíte agus thart ar 30% de na costais. Is í an eochair chun costais earraí inchaite graifíte a laghdú ná a saol seirbhíse a leathnú. De réir sonraí ó fhoireann taighde na Breataine, is féidir le bratuithe Tantalum Carbide saol seirbhíse na gcomhpháirteanna graifíte a leathnú 30-50%. Trí úsáid a bhaint as graifít TaC-brataithe, is féidir costas criostail SiC a laghdú 9% -15% trí athsholáthar a dhéanamh arGraifít TaC-brataitheina aonar.

3. Próiseas Cumhdach Carbide Tantalum 

Ullmhúchán naBratuithe TaCIs féidir iad a aicmiú i dtrí chatagóir: modh soladach-chéim, modh pas leachtach, agus modh céim gháis. Áirítear go príomha leis an modh soladach-chéim modh laghdaithe agus modh cumaisc; cuimsíonn an modh leachtach-chéim modh salann leáite, modh sol-ghlóthach, modh shintéirithe sciodair, modh spraeála plasma; Áirítear leis an modh céim-gháis modhanna sil-leagan ceimiceach gaile (CVD), insíothlú gaile ceimiceach (CVI), agus modhanna sil-leagan fisiceach gaile (PVD), etc. Tá buntáistí agus míbhuntáistí ag gach modh, agus CVD ar an modh is aibí agus is forleithne le haghaidh bratuithe TaC a ullmhú. Le feabhsuithe próisis leanúnacha, forbraíodh teicnící nua cosúil le sil-leagan gaile ceimiceach sreang te agus sil-leagan ceimiceach gaile le léas ian.

Áirítear go príomha le hábhair atá bunaithe ar charbón atá modhnaithe i sciath TaC graifít, snáithíní carbóin, agus ábhair chomhchodacha carbóin/carbóin. Modhanna ullmhúcháinBratuithe TaC ar graifítáirítear spraeáil plasma, CVD, shintéiriú sciodair, etc.

Buntáistí modh CVD: Ullmhúchán naBratuithe TaCtrí CVD bunaithe arhailídí tantalam (TaX5) mar fhoinse tantalam agus hidreacarbóin (CnHm) mar fhoinse carbóin. Faoi choinníollacha sonracha, dianscaoileann na hábhair seo isteach i Ta agus C, a imoibríonn le foirmBratuithe TaC. Is féidir CVD a dhéanamh ag teochtaí níos ísle, rud a fhágann go seachnófar lochtanna agus airíonna meicniúla laghdaithe a d'fhéadfadh teacht chun cinn le linn ullmhúcháin nó cóireála sciath ardteochta. Is féidir comhdhéanamh agus struchtúr na bratuithe a rialú le CVD, ag tairiscint ard-íonachta, ard-dlúis, agus tiús aonfhoirmeach. Níos tábhachtaí fós, soláthraíonn CVD modh aibí a nglactar leis go forleathan chun bratuithe TAC ardchaighdeáin a ullmhú leeasily controllable composition and structure.

I measc na bpríomhfhachtóirí tionchair sa phróiseas tá:

(1) Rátaí sreafa gáis (foinse tantalam, gás hidreacarbóin mar fhoinse carbóin, gás iompróra, gás caolaithe Ar2, gás a laghdú H2):Cuireann athruithe ar rátaí sreafa gáis isteach go mór ar an teocht, ar an mbrú, agus ar an réimse sreabhadh gáis sa seomra imoibrithe, rud a fhágann go n-athrófar comhdhéanamh, struchtúr agus airíonna sciath. Cuirfidh méadú ar shreabhadh Ar moill ar an ráta fáis sciath agus laghdóidh sé méid gráin, agus bíonn tionchar ag cóimheas mais molar TaCl5, H2, agus C3H6 ar an gcomhdhéanamh sciath. Is é an cóimheas molar de H2 go TaCl5 is oiriúnaí ag (15-20):1, agus tá an cóimheas molar de TaCl5 go C3H6 gar go hidéalach do 3:1. D'fhéadfadh cruthú Ta2C nó Carbóin saor in aisce a bheith mar thoradh ar TaCl5 nó C3H6 iomarcach, rud a chuireann isteach ar cháilíocht sliseog.

(2) Teocht taisce:Bíonn rátaí sil-leagan níos tapúla, méideanna grán níos mó, agus bratuithe níos gairbhe mar thoradh ar theochtaí sil-leagan níos airde. Ina theannta sin, tá difríocht idir na teochtaí agus na rátaí dianscaoilte do hidreacarbóin go C agus TaCl5 go Ta, rud a fhágann gur fusa Ta2C a fhoirmiú. Tá tionchar suntasach ag teocht ar ábhar carbóin brataithe-athraithe TaC, le teochtaí níos airde ag méadú rátaí sil-leagan, méideanna gráin, ag athrú ó chruthanna sféarúla go cruthanna polyhedral. Ina theannta sin, cuireann teochtaí níos airde dlús le dianscaoileadh TaCl5, laghdaítear Carbón saor in aisce, méadóidh an strus inmheánach i bratuithe, agus d'fhéadfadh scoilteadh a bheith mar thoradh air. Mar sin féin, is féidir le teochtaí sil-leagan níos ísle éifeachtúlacht sil-leagan brataithe a laghdú, an t-am sil-leagan a fhadú, agus costais amhábhar a mhéadú.

(3) Brú taisce:Tá dlúthbhaint ag brú sil-leagan le fuinneamh saor ó dhromchla na n-ábhar agus bíonn tionchar aige ar am cónaithe na ngás sa seomra imoibrithe, rud a chuireann isteach ar ráta núiclithe agus ar mhéid gráin na bratuithe. De réir mar a mhéadaíonn brú sil-leagan, méadaíonn an t-am cónaithe gáis, rud a ligeann do imoibreoirí níos mó ama le haghaidh imoibrithe núiclithe, ag méadú rátaí imoibrithe, ag méadú gráinní, agus ag bratuithe ramhraithe. Os a choinne sin, laghdaítear an t-am cónaithe gáis trí bhrú teistíochta a ísliú, laghdaítear rátaí imoibrithe, laghdaítear méid gráin, bratuithe tanaithe, ach bíonn tionchar íosta ag brú taisce ar struchtúr criostail agus ar chomhdhéanamh bratuithe.

4. Treochtaí i bhForbairt Cumhdach Carbide Tantalum 

Tá comhéifeacht leathnaithe teirmeach TaC (6.6 × 10 - 6K - 1) beagán difriúil ó chomhéifeacht na n-ábhar atá bunaithe ar charbón cosúil le graifít, snáithíní carbóin, ábhair chomhchodacha C / C, rud a fhágann go scoilteann nó go ndéanann bratuithe aon phas TaC scoilteadh nó delaminate go héasca. Chun feabhas breise a chur ar fhriotaíocht ocsaídiúcháin, ar chobhsaíocht mheicniúil ardteochta, agus ar fhriotaíocht creimeadh ceimiceach na bratuithe TaC, rinne taighdeoirí staidéir arbratuithe ilchodacha, bratuithe neartaithe tuaslagáin soladach, bratuithe grádáin, etc.

Scoilteanna séala bratuithe ilchodacha i bratuithe singil trí bhratuithe breise a thabhairt isteach i sraitheanna dromchla nó istigh an TaC, ag foirmiú córais brataithe ilchodacha. Tá an struchtúr ciúbach aghaidh-lárnach céanna ag córais neartaithe réitigh soladacha cosúil le HfC, ZrC, etc., agus TaC, rud a chuireann ar chumas tuaslagthacht gan teorainn idir an dá chomhdhúile chun struchtúr soladach réitigh a fhoirmiú. Tá bratuithe Hf(Ta)C saor ó scoilteadh agus léiríonn siad greamaitheacht mhaith le hábhair chomhchodacha C/C. Tugann na bratuithe seo friotaíocht dónna den scoth. Tagraíonn bratuithe grádán do chótaí a bhfuil dáileadh grádán leanúnach acu ar na comhpháirteanna brataithe feadh a dtiúis. Is féidir leis an struchtúr seo strus inmheánach a laghdú, saincheisteanna meaitseála comhéifeacht leathnú teirmeach a fheabhsú, agus foirmiú crack a chosc.

5. Táirgí Feiste Cumhdach Carbide Tantalum

De réir staitisticí agus réamhaisnéisí QYR (Hengzhou Bozhi), tá díolacháin dhomhanda arBratuithe Tantalam Carbideshroich 1.5986 milliún USD in 2021 (seachas táirgí feiste brataithe Tantalum Carbide féin-tháirgthe Cree), rud a léiríonn go bhfuil an tionscal fós i gcéimeanna forbartha tosaigh.

(1) Fáinní leathnaithe agus breogáin a theastaíonn le haghaidh fás criostail:Ríomh bunaithe ar 200 foirnéis fás criostail in aghaidh an fhiontair, sciar den mhargadh deCumhdach TaCgléas atá ag teastáil ó 30 cuideachta fás criostail thart ar 4.7 billiún RMB.

(2) tráidirí TaC:Is féidir le gach tráidire 3 sliseog a iompar, le saolré de 1 mhí in aghaidh an tráidire. Itheann gach 100 sliseog tráidire amháin. Éilíonn 3 mhilliún sliseog 30,000Tráidirí TaC, agus tá thart ar 20,000 píosa ag gach tráidire, thart ar 6 billiún san iomlán gach bliain.

(3) Cásanna dícharbónaithe eile.Timpeall 1 billiún le haghaidh líneálacha foirnéise ardteochta, soic CVD, píopaí foirnéise, etc.**