Дар айни замон дар насли сейуми нимноќилњо бартарї дорандкарбиди кремний. Дар структураи арзиши аслии дастгоххои он субстрат 47 фоиз ва эпитаксим 23 фоизро ташкил медихад. Ҳарду якҷоя тақрибан 70% -ро ташкил медиҳанд, ки қисми муҳимтарини он мебошадкарбиди кремнийзанҷираи саноати истеҳсоли дастгоҳ.
Усули маъмулан истифодашаванда барои тайёр карданкарбиди кремнийяк кристалл усули PVT (интиқоли буғи ҷисмонӣ) мебошад. Принсип аз он иборат аст, ки ашёи хом дар минтақаи ҳарорати баланд ва кристалл тухмӣ дар минтақаи ҳарорати нисбатан паст. Ашьёи хом дар ҳарорати баландтар таҷзия шуда, бевосита моддаҳои фазаи газро бидуни фазаи моеъ истеҳсол мекунанд. Ин моддаҳои фазаи газ ба кристаллҳои тухмӣ зери гардонандаи градиенти ҳарорати меҳвар интиқол дода мешаванд ва дар кристалл тухмӣ ядро шуда, афзоиш ёфта, як кристалл карбиди кремнийро ташкил медиҳанд. Дар ҳоли ҳозир ширкатҳои хориҷӣ ба мисли Cree, II-VI, SiCrystal, Dow ва ширкатҳои ватанӣ аз қабили Tianyue Advanced, Tianke Heda ва Century Golden Core ҳама аз ин усул истифода мекунанд.
Зиёда аз 200 шаклҳои булӯрии карбиди кремний мавҷуданд ва барои тавлиди шакли зарурии яккристалл назорати хеле дақиқ лозим аст (маҷрои асосӣ шакли булӯрии 4H мебошад). Мувофиқи проспекти Tianyue Advanced, ҳосили асои кристалии ширкат дар солҳои 2018-2020 ва нимсолаи 2021 мутаносибан 41%, 38,57%, 50,73% ва 49,90% ва ҳосили субстрат мутаносибан 72,61% ва 72,61%,5,74,5% буд . Ҳосили ҳамаҷониба ҳоло ҳамагӣ 37,7 фоизро ташкил медиҳад. Усули асосии PVT-ро мисол мегирем, ҳосили паст асосан бо душвориҳои зерин дар тайёр кардани субстрат SiC вобаста аст:
1. Мушкилот дар назорати майдони ҳарорат: чубҳои булӯри SiC бояд дар ҳарорати баланди 2500 ℃ истеҳсол карда шаванд, дар ҳоле ки кристаллҳои кремний танҳо ба 1500 ℃ ниёз доранд, аз ин рӯ печҳои махсуси монокристаллӣ талаб карда мешаванд ва ҳарорати афзоиш ҳангоми истеҳсол бояд дақиқ назорат карда шавад. , ки назорат кардан нихоят душвор аст.
2. Суръати истеҳсоли суст: Суръати афзоиши маводи анъанавии кремний 300 мм дар як соат аст, аммо кристаллҳои карбиди кремний танҳо 400 микрон дар як соат ба воя мерасанд, ки тақрибан 800 маротиба фарқият аст.
3. Талаботи баланд барои параметрҳои хуби маҳсулот ва ҳосилнокии қуттии сиёҳ дар вақт назорат кардан душвор аст: Параметрҳои асосии вафли SiC зичии microtube, зичии дислокатсия, муқовимат, warpage, ноҳамвории рӯизаминӣ ва ғайраҳоро дар бар мегиранд. Дар ҷараёни афзоиши кристалл, он аст. Барои дақиқ назорат кардани параметрҳо, ба монанди таносуби кремний-карбон, градиенти ҳарорати афзоиш, суръати афзоиши кристалл ва фишори ҷараёни ҳаво зарур аст. Дар акси ҳол, эҳтимол дорад дохилшавии полиморфӣ ба амал ояд, ки дар натиҷа кристаллҳои номатлуб ба вуҷуд меоянд. Дар қуттии сиёҳи тигели графитӣ ҳолати афзоиши кристаллро дар вақти воқеӣ мушоҳида кардан ғайриимкон аст ва назорати хеле дақиқи майдони гармӣ, мутобиқати мавод ва ҷамъоварии таҷриба талаб карда мешавад.
4. Мушкилот дар тавсеаи кристалл: Дар доираи усули интиқоли марҳилаи газ, технологияи тавсеаи афзоиши булӯр SiC ниҳоят душвор аст. Вақте ки андозаи кристалл зиёд мешавад, мушкилоти афзоиши он ба таври экспоненсиалӣ меафзояд.
5. Дар маҷмӯъ ҳосили паст: Ҳосили паст асосан аз ду пайванд иборат аст: (1) ҳосили асои кристалл = баромади асои кристалл-синфи нимноқил/(баромади асои кристаллии дараҷаи нимноқил + баромади асои булӯрии дараҷаи нимноқил) × 100%; (2) Ҳосили субстрат = баромади субстрати тахассусӣ/(баромади субстрати тахассусӣ + баромади субстрат беихтисос) × 100%.
Дар тайёр кардани хосили баланд ва хушсифатсубстратҳои карбиди кремний, ядро барои дақиқ назорат кардани ҳарорати истеҳсолот ба маводи беҳтари майдони гармӣ ниёз дорад. Маҷмӯаҳои тигелии майдони гармӣ, ки дар айни замон истифода мешаванд, асосан қисмҳои сохтории графити тозагии баланд мебошанд, ки барои гарм кардан ва об кардани хокаи карбон ва хокаи кремний ва гарм нигоҳ дошта мешаванд. Маводҳои графитӣ дорои хусусиятҳои қувваи баланди хос ва модули мушаххас, муқовимати хуби зарбаи гармӣ ва муқовимат ба зангзанӣ мебошанд, аммо онҳо дорои нуқсонҳои ба осонӣ оксид шудан дар муҳити оксигени ҳарорати баланд, тобовар нестанд ба аммиак ва муқовимат ба харошидан. Дар процесси нашъунамои монокристалл карбиди кремний вавафери эпитаксиалии карбиди кремнийистехсолот, конеъ гардондани талаботи рузафзуни одамон нисбат ба истифодабарии материалхои графит душвор аст, ки инкишоф ва татбики амалии онро ба таври чиддй махдуд мекунад. Аз ин рӯ, рӯйпӯшҳои ҳарорати баланд, ба монанди карбиди тантал ба вуҷуд омадаанд.
2. ХусусиятҳоиСарпӯши карбиди тантал
сафолї TaC дорои нуқтаи обшавии то 3880 ℃, сахтии баланд (сахтии Mohs 9-10), гармии калон (22W · m-1 · K-1), қувваи бузурги хам (340-400MPa) ва васеъшавии гармии хурд дорад. коэффисиент (6,6×10−6К−1) буда, устувории аълои термохимиявӣ ва хосиятҳои хуби физикиро нишон медиҳад. Он дорои мутобиқати хуби кимиёвӣ ва мутобиқати механикӣ бо маводи таркибии графит ва C/C мебошад. Аз ин рӯ, молидани TaC дар муҳофизати гармии кайҳонӣ, афзоиши монокристалл, электроникаи энергетикӣ ва таҷҳизоти тиббӣ васеъ истифода мешавад.
TaC-пӯшонидашудаграфит нисбат ба графити бараҳна ё графити бо SiC пӯшидашуда ба зангзании химиявӣ беҳтар муқовимат дорад, дар ҳарорати баланди 2600 ° устувор истифода мешавад ва бо бисёр элементҳои металлӣ реаксия намекунад. Ин беҳтарин рӯйпӯш дар сенарияҳои афзоиши насли сеюми нимноқилҳои монокристалл ва вафли вафли мебошад. Он метавонад ба таври назаррас назорати ҳарорати ва наҷосати дар раванди беҳтар ва омодапластинкахои карбиди кремнийва алоқамандлавҳаҳои эпитаксиалӣ. Он махсусан барои парвариши як кристаллҳои GaN ё AlN бо таҷҳизоти MOCVD ва парвариши яккристаллҳои SiC бо таҷҳизоти PVT мувофиқ аст ва сифати як кристаллҳои парваришшуда ба таври назаррас беҳтар карда мешавад.
III. Афзалиятҳои дастгоҳҳои танталии карбиди пӯшида
Истифодаи молидани Tantalum Carbide TaC метавонад мушкилоти нуқсонҳои канори кристалиро ҳал кунад ва сифати афзоиши кристаллро беҳтар кунад. Ин яке аз самтҳои асосии техникии «зуд нашъунамо, ғафс ва дарозрӯя» мебошад. Тадқиқоти саноатӣ инчунин нишон дод, ки Crucible Graphite Carbide Coated Tantalum метавонад гармии якхеларо ба даст орад ва ба ин васила назорати аълои равандро барои афзоиши яккристалл SiC таъмин кунад ва ба ин васила эҳтимолияти ташаккули поликристаллӣ дар канори кристаллҳои SiC-ро ба таври назаррас коҳиш диҳад. Илова бар ин, Coating Graphite Carbide Tantalum ду бартарии калон дорад:
(I) Кам кардани камбудиҳои SiC
Дар робита ба назорати камбудиҳои монокристалии SiC, одатан се роҳи муҳим вуҷуд дорад. Илова ба оптимизатсияи параметрҳои афзоиш ва маводи сарчашмаи баландсифат (ба монанди хокаи манбаи SiC), бо истифода аз тантали карбиди графити печонидашуда инчунин метавонад ба сифати хуби кристалл ноил шавад.
Диаграммаи схематикии тигели анъанавии графитӣ (а) ва тигели TAC (б)
Мувофиқи тадқиқоти Донишгоҳи Аврупои Шарқӣ дар Корея, наҷосати асосӣ дар афзоиши кристаллҳои SiC нитроген аст ва тигелҳои графитӣ бо карбиди танталӣ, ки ба таври муассир воридшавии нитрогени кристаллҳои SiC-ро маҳдуд мекунанд ва ба ин васила тавлиди нуқсонҳо ба монанди микронайчаҳо ва беҳбуди кристаллро коҳиш медиҳанд сифат. Таҳқиқотҳо нишон доданд, ки дар як шароит консентратсияи интиқолдиҳандаи вафли SiC, ки дар тигелҳои муқаррарии графитӣ ва тигелҳои бо TAC пӯшидашуда парвариш карда мешаванд, мутаносибан тақрибан 4,5×1017/см ва 7,6×1015/см мебошанд.
Муқоисаи нуқсонҳо дар як кристаллҳои SiC, ки дар тигелҳои муқаррарии графитӣ парвариш карда мешаванд (a) ва тигелҳои бо пӯшиши TAC (б)
(II) Беҳтар кардани ҳаёти тигелҳои графитӣ
Дар айни замон, арзиши кристаллҳои SiC баланд боқӣ мондааст, ки арзиши масолеҳи графитӣ тақрибан 30% -ро ташкил медиҳад. Асоси арзон кардани арзиши аслии масолехи графитй зиёд кардани мухлати хизмати он мебошад. Мувофики маълу-мотхои гурухи тадкикотии бри-таяй, руйпушхои карбиди тантал метавонад мухлати хизмати кисмхои графитро 30—50 фоиз дароз кунад. Тибқи ин ҳисоб, танҳо иваз кардани графити карбиди танталӣ метавонад арзиши кристаллҳои SiC-ро 9%-15% кам кунад.
4. Раванди тайёр кардани пӯшиши карбиди тантал
Усулҳои омодасозии пӯшиши TaC ба се категория тақсим мешаванд: усули фазаи сахт, усули фазаи моеъ ва усули фазаи газ. Усули марҳилаи сахт асосан усули коҳиш ва усули кимиёвиро дар бар мегирад; усули фазаи моеъ усули намаки гудохта, усули золь-гель (Сол-гель), усули шлам-агломератсия, усули пошидани плазма; Усули марҳилаи газ таҳшиншавии буғи кимиёвӣ (CVD), инфилтратсияи буғи химиявӣ (CVI) ва таҳшиншавии буғи физикӣ (PVD) -ро дар бар мегирад. Усулҳои гуногун афзалиятҳо ва нуқсонҳои худро доранд. Дар байни онҳо, CVD усули нисбатан пухта ва васеъ истифодашаванда барои тайёр кардани қабатҳои TaC мебошад. Бо такмили пайвастаи раванд, равандҳои нав, аз қабили пошидани буғи кимиёвии сими гарм ва таҳшиншавии буғи химиявии радиатсионӣ таҳия карда шуданд.
Маводҳои дар асоси карбон таҳриршуда бо рӯйпӯши TaC асосан графит, нахи карбон ва маводи таркибии карбон/карбонро дар бар мегиранд. Усулҳои тайёр кардани қабатҳои TaC дар графит пошидани плазма, CVD, агломератсия ва ғайраро дар бар мегиранд.
Афзалиятҳои усули CVD: Усули CVD барои тайёр кардани қабатҳои TaC ба галогени тантал (TaX5) ҳамчун манбаи тантал ва карбогидрид (CnHm) ҳамчун манбаи карбон асос ёфтааст. Дар шароити муайян, онҳо мутаносибан ба Ta ва C таҷзия мешаванд ва сипас бо ҳамдигар барои ба даст овардани қабатҳои TaC реаксия мекунанд. Усули CVD-ро дар ҳарорати пасттар иҷро кардан мумкин аст, ки метавонад аз камбудиҳо ва паст шудани хосиятҳои механикӣ, ки дар натиҷаи тайёр кардани ҳарорати баланд ё коркарди рӯйпӯшҳо ба вуҷуд омадаанд, пешгирӣ карда шавад. Таркиб ва сохтори пӯшиш идорашаванда аст ва он бартариҳои тозагии баланд, зичии баланд ва ғафсии якхела дорад. Муҳимтар аз ҳама, таркиб ва сохтори пӯшишҳои TaC, ки аз ҷониби CVD омода карда шудаанд, метавонанд тарроҳӣ ва ба осонӣ идора карда шаванд. Ин усули нисбатан пухта ва васеъ истифодашаванда барои тайёр кардани қабатҳои баландсифати TaC мебошад.
Омилҳои асосии таъсиррасонии раванд инҳоянд:
A. Меъёри ҷараёни газ (манбаи тантал, гази карбогидрид ҳамчун манбаи карбон, гази интиқолдиҳанда, гази маҳлул Ar2, гази коҳишдиҳандаи Н2): Тағйирёбии суръати гардиши газ ба майдони ҳарорат, майдони фишор ва майдони ҷараёни газ таъсири калон мерасонад. камераи реаксия, ки дар натиҷа дар таркиб, сохтор ва иҷрои рӯйпӯш тағйир меёбад. Баланд бардоштани суръати ҷараёни Ar суръати афзоиши қабатро суст мекунад ва андозаи донаро кам мекунад, дар ҳоле ки таносуби массаи молярии TaCl5, H2 ва C3H6 ба таркиби рӯйпӯш таъсир мерасонад. Таносуби молярии H2 ба TaCl5 (15-20):1 аст, ки мувофиқтар аст. Таносуби молярии TaCl5 ба C3H6 аз ҷиҳати назариявӣ ба 3:1 наздик аст. Аз ҳад зиёди TaCl5 ё C3H6 боиси ташаккули Ta2C ё карбонҳои озод мегардад, ки ба сифати вафли таъсир мерасонад.
B. Ҳарорати таҳшин: Ҳарорати таҳшиншавӣ баландтар аст, суръати таҳшиншавӣ ҳамон қадар тезтар аст, андозаи ғалладона ҳамон қадар калонтар аст ва қабати он ноҳамвортар аст. Илова бар ин, ҳарорат ва суръати таҷзияи карбогидридҳо ба C ва TaCl5 ба Ta таҷзия мешаванд, гуногунанд ва Ta ва C эҳтимолияти Ta2C-ро ташкил медиҳанд. Ҳарорат ба маводи карбон тағйирёфтаи TaC таъсири калон мерасонад. Бо баланд шудани ҳарорати таҳшин, суръати таҳшиншавӣ зиёд мешавад, андозаи зарраҳо зиёд мешавад ва шакли заррачаҳо аз курашакл ба бисёрсодаҳо тағйир меёбанд. Илова бар ин, њарорати љойгиршавї њар ќадар баланд бошад, таљзияи TaCl5 њамон ќадар тезтар бошад, С-и озод њамон ќадар кам мешавад, фишори рўйпўш њамон ќадар зиёд мешавад ва тарќишњо ба осонӣ ба вуљуд меоянд. Бо вуҷуди ин, ҳарорати пасти таҳшинкунӣ ба паст шудани самаранокии таҳшин кардани рӯйпӯш, вақти тӯлонии таҳшин ва хароҷоти ашёи хом оварда мерасонад.
C. Фишори таҳшин: Фишори таҳшинӣ бо энергияи озоди сатҳи моддӣ зич алоқаманд аст ва ба вақти иқомат дар газ дар камераи реаксия таъсир мерасонад ва ба ин васила ба суръати ядрошавӣ ва андозаи зарраҳои рӯйпӯш таъсир мерасонад. Баробари зиёд шудани фишори љойгиршавї мўњлати иќомати газ дарозтар мешавад, реактивњо барои гузаштан ба реаксияњои ядрошавї ваќти бештар доранд, суръати реаксия зиёд мешавад, заррањо калон мешаванд ва ќабати ѓафс мешавад; баръакс, дар баробари кам шудани фишори љойгиршавї, мўњлати иќомати гази реаксия кўтоњ мешавад, суръати реаксия суст мешавад, заррањо хурдтар мешаванд ва рўйпўш тунуктар мешавад, вале фишори љойгиршавї ба сохтори кристаллї ва таркиби ќабат чандон таъсир намерасонад.
V. Тамоюли рушди пӯшиши карбиди тантал
Коэффисиенти тавсеаи гармии TaC (6,6×10−6K−1) аз масолеҳи карбон ба монанди графит, нахи карбон ва маводи таркибии C/C то андозае фарқ мекунад, ки рӯйпӯшҳои якфазавии TaC-ро ба рахна ва рахна моил месозад. афтидан. Бо мақсади боз ҳам беҳтар кардани муқовимати абляция ва оксидшавӣ, устувории механикӣ дар ҳарорати баланд ва муқовимат ба зангзании кимиёвии рӯйпӯшҳои TaC, муҳаққиқон дар бораи системаҳои пӯшиш ба монанди системаҳои пӯшиши композитӣ, системаҳои пӯшиши сахти бо маҳлул такмилёфта ва градиент тадқиқот гузарониданд. системаҳои пӯшиш.
Системаи пӯшиши таркибӣ барои пӯшидани тарқишҳои як қабати ягона мебошад. Одатан, қабатҳои дигар ба сатҳи ё дарунии TaC ворид карда мешаванд, то системаи пӯшиши таркибиро ташкил кунанд; системаи пӯшиши маҳлули сахти мустаҳкамкунандаи HfC, ZrC ва ғайра дорои як сохтори мукааби рӯ ба рӯи марказ буда мисли TaC мебошанд ва ду карбид метавонанд дар ҳамдигар беохир ҳал шаванд, то сохтори сахти маҳлулро ташкил кунанд. Рӯйпӯши Hf(Ta)C бе тарқиш аст ва ба маводи таркибии C/C пайвасти хуб дорад. Дар молидани дорои иҷрои аъло зидди ablation; системаи градиентии градиенти болопӯш ба консентратсияи ҷузъи рӯйпӯш дар самти ғафсии он ишора мекунад. Сохтор метавонад фишори дохилиро коҳиш диҳад, номутобиқатии коэффисиентҳои васеъшавии гармиро беҳтар кунад ва аз тарқишҳо пешгирӣ кунад.
(II) Маҳсулоти дастгоҳи пӯшиши карбиди тантал
Тибқи омор ва пешгӯиҳои QYR (Hengzhou Bozhi), фурӯши бозори ҷаҳонии рӯйпӯшҳои танталии тантал дар соли 2021 ба 1,5986 миллион доллари ИМА расид (ба истиснои маҳсулоти худсохт ва худтаъминкунандаи Кри) ва он ҳанӯз дар ибтидо аст. мархалахои тараккиёти саноат.
1. ҳалқаҳо густариши кристалл ва crucibles барои афзоиши кристалл зарур: Дар асоси 200 печҳои афзоиши кристалл дар як корхона, ҳиссаи бозори дастгоҳҳои Камушки TaC талаб аз ҷониби 30 ширкатҳои афзоиши булӯр тақрибан 4,7 миллиард юан аст.
2. Ҷӯйборҳои TaC: Ҳар як табақа метавонад 3 вафли дошта бошад, ҳар як табақаро барои 1 моҳ истифода бурдан мумкин аст ва барои ҳар 100 вафли 1 табақа истеъмол карда мешавад. 3 миллион пластинка 30,000 ҷӯйборҳои TaC талаб мекунад, ҳар як табақа тақрибан 20,000 дона аст ва ҳар сол тақрибан 600 миллион лозим аст.
3. Дигар сенарияҳои коҳиши карбон. Ба монанди футури печьхои харорати баланд, сопло CVD, кубурхои печь ва гайра кариб 100 млн.
Вақти фиристодан: июл-02-2024