एकल क्रिस्टल भट्टियों में टीएसी-लेपित ग्रेफाइट भागों का अनुप्रयोग

अनुप्रयोगटीएसी-लेपित ग्रेफाइट भागोंएकल क्रिस्टल भट्टियों में

भाग ---- पहला

भौतिक वाष्प परिवहन (PVT) विधि का उपयोग करके SIC और ALN एकल क्रिस्टल के विकास में, क्रूसिबल, बीज धारक और गाइड रिंग जैसे महत्वपूर्ण घटक एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जैसा कि चित्र 2 [1] में दर्शाया गया है, पीवीटी प्रक्रिया के दौरान, बीज क्रिस्टल को निचले तापमान क्षेत्र में तैनात किया जाता है, जबकि एसआईसी कच्चा माल उच्च तापमान (2400 ℃ से ऊपर) के संपर्क में होता है। यह कच्चे माल के अपघटन की ओर जाता है, जो छह साइक यौगिकों (मुख्य रूप से सी, सिस, सी, सी, आदि सहित) का उत्पादन करता है। वाष्प चरण सामग्री को तब उच्च तापमान क्षेत्र से कम तापमान वाले क्षेत्र में बीज क्रिस्टल तक ले जाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बीज नाभिक, क्रिस्टल विकास और एकल क्रिस्टल की पीढ़ी का गठन होता है। इसलिए, इस प्रक्रिया में नियोजित थर्मल फील्ड सामग्री, जैसे कि क्रूसिबल, फ्लो गाइड रिंग, और सीड क्रिस्टल धारक को, एसआईसी कच्चे माल और एकल क्रिस्टल को दूषित किए बिना उच्च तापमान प्रतिरोध का प्रदर्शन करने की आवश्यकता होती है। इसी तरह, ALN क्रिस्टल ग्रोथ में उपयोग किए जाने वाले हीटिंग तत्वों को अल वाष्प और N, संक्षारण का सामना करना होगा, जबकि क्रिस्टल तैयारी के समय को कम करने के लिए एक उच्च यूटेक्टिक तापमान (ALN के साथ) भी होना चाहिए।

यह देखा गया है कि SiC [2-5] और AlN [2-3] की तैयारी के लिए TaC-लेपित ग्रेफाइट थर्मल फ़ील्ड सामग्री का उपयोग करने से न्यूनतम कार्बन (ऑक्सीजन, नाइट्रोजन), और अन्य अशुद्धियों के साथ स्वच्छ उत्पाद प्राप्त होते हैं। ये सामग्रियां प्रत्येक क्षेत्र में कम किनारे दोष और कम प्रतिरोधकता प्रदर्शित करती हैं। इसके अतिरिक्त, माइक्रोप्रोर्स और नक़्क़ाशी गड्ढों (KOH नक़्क़ाशी के बाद) का घनत्व काफी कम हो जाता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता में पर्याप्त सुधार होता है। इसके अलावा, TaC क्रूसिबल लगभग शून्य वजन घटाने को दर्शाता है, एक गैर-विनाशकारी उपस्थिति बनाए रखता है, और इसे पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है (200 घंटे तक के जीवनकाल के साथ), इस प्रकार एकल क्रिस्टल तैयारी प्रक्रियाओं की स्थिरता और दक्षता में वृद्धि होती है।

अंजीर। 2. (ए) पीवीटी विधि द्वारा SiC सिंगल क्रिस्टल इनगोट ग्रोइंग डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख

(बी) शीर्ष टीएसी लेपित बीज ब्रैकेट (एसआईसी बीज सहित)

(सी) टीएसी-लेपित ग्रेफाइट गाइड रिंग

Mocvd gan एपिटैक्सियल लेयर ग्रोथ हीटर

भाग/2

MOCVD (धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव) GAN विकास के क्षेत्र में, ऑर्गनोमेटेलिक अपघटन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से पतली फिल्मों के वाष्प एपिटैक्सियल विकास के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक, हीटर प्रतिक्रिया कक्ष के भीतर सटीक तापमान नियंत्रण और एकरूपता को प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जैसा कि चित्र 3 (ए) में सचित्र है, हीटर को MOCVD उपकरणों का मुख्य घटक माना जाता है। विस्तारित अवधि (बार -बार शीतलन चक्र सहित) पर सब्सट्रेट को तेजी से और समान रूप से गर्म करने की क्षमता, उच्च तापमान (गैस संक्षारण का विरोध) का सामना करना पड़ता है, और फिल्म शुद्धता को बनाए रखने से सीधे फिल्म बयान, मोटाई स्थिरता और चिप प्रदर्शन की गुणवत्ता को प्रभावित किया जाता है।

MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टम में हीटर के प्रदर्शन और रीसाइक्लिंग दक्षता को बढ़ाने के लिए, TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटर की शुरूआत सफल रही है। पीबीएन (पाइरोलाइटिक बोरॉन नाइट्राइड) कोटिंग्स का उपयोग करने वाले पारंपरिक हीटरों के विपरीत, टीएसी हीटरों का उपयोग करके विकसित की गई GaN एपिटैक्सियल परतें लगभग समान क्रिस्टल संरचनाएं, मोटाई एकरूपता, आंतरिक दोष निर्माण, अशुद्धता डोपिंग और संदूषण स्तर प्रदर्शित करती हैं। इसके अलावा, TaC कोटिंग कम प्रतिरोधकता और कम सतह उत्सर्जन को प्रदर्शित करती है, जिसके परिणामस्वरूप हीटर दक्षता और एकरूपता में सुधार होता है, जिससे बिजली की खपत और गर्मी की कमी कम होती है। प्रक्रिया मापदंडों को नियंत्रित करके, हीटर की विकिरण विशेषताओं को और बढ़ाने और इसके जीवनकाल को बढ़ाने के लिए कोटिंग की सरंध्रता को समायोजित किया जा सकता है [5]। ये फायदे TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटर को MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टम के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प के रूप में स्थापित करते हैं।

अंजीर। 3। (ए) GAN एपिटैक्सियल ग्रोथ के लिए MOCVD डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख

(बी) बेस और ब्रैकेट को छोड़कर, MOCVD सेटअप में स्थापित TAC-लेपित ग्रेफाइट हीटर ढाला (हीटिंग में आधार और ब्रैकेट दिखाने वाला चित्रण)

(सी) 17 GaN एपीटैक्सियल वृद्धि के बाद टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटर। 

एपिटैक्सी के लिए लेपित सुसेप्टर (वेफर कैरियर)

भाग/3

वेफर वाहक, एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक, जो कि एसआईसी, एएलएन और जीएएन जैसे तीसरे वर्ग के अर्धचालक वेफर्स की तैयारी में उपयोग किया जाता है, एपिटैक्सियल वेफर विकास प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आमतौर पर ग्रेफाइट से बना, वेफर वाहक को 1100 से 1600 डिग्री सेल्सियस के एपिटैक्सियल तापमान रेंज के भीतर प्रक्रिया गैसों से जंग का विरोध करने के लिए एसआईसी के साथ लेपित किया जाता है। सुरक्षात्मक कोटिंग का संक्षारण प्रतिरोध वेफर वाहक के जीवनकाल को काफी प्रभावित करता है। प्रायोगिक परिणामों से पता चला है कि टीएसी उच्च तापमान अमोनिया के संपर्क में आने पर एसआईसी की तुलना में लगभग 6 गुना धीमी गति से एक संक्षारण दर प्रदर्शित करता है। उच्च तापमान वाले हाइड्रोजन वातावरण में, TAC की संक्षारण दर SIC की तुलना में 10 गुना अधिक धीमी है।

प्रायोगिक साक्ष्य ने प्रदर्शित किया है कि टीएसी के साथ लेपित ट्रे अशुद्धियों को पेश किए बिना ब्लू लाइट गान MOCVD प्रक्रिया में उत्कृष्ट संगतता प्रदर्शित करते हैं। सीमित प्रक्रिया समायोजन के साथ, टीएसी वाहक का उपयोग करके विकसित एलईडी पारंपरिक एसआईसी वाहक का उपयोग करके उगाए गए लोगों के लिए तुलनीय प्रदर्शन और एकरूपता प्रदर्शित करते हैं। नतीजतन, टीएसी-लेपित वेफर वाहक का सेवा जीवन अनियोजित और एसआईसी-लेपित ग्रेफाइट वाहक को पार करता है।

आकृति। GAN एपिटैक्सियल ग्रो MOCVD डिवाइस (VEECO P75) में उपयोग के बाद वेफर ट्रे। बाईं ओर एक टीएसी के साथ लेपित होता है और दाईं ओर एक को एसआईसी के साथ लेपित किया जाता है।

सामान्य की तैयारी विधिTaC लेपित ग्रेफाइट भाग

भाग ---- पहला

सीवीडी (रासायनिक वाष्प जमाव) विधि:

900-2300℃ पर, TaCl5 और CnHm को टैंटलम और कार्बन स्रोतों के रूप में, H₂ को कम करने वाले वातावरण के रूप में, Ar₂ को वाहक गैस के रूप में, प्रतिक्रिया जमाव फिल्म के रूप में उपयोग किया जाता है। तैयार कोटिंग कॉम्पैक्ट, एक समान और उच्च शुद्धता वाली है। हालाँकि, कुछ समस्याएं हैं जैसे जटिल प्रक्रिया, महंगी लागत, कठिन वायु प्रवाह नियंत्रण और कम जमाव दक्षता।

भाग/2

स्लरी सिंटरिंग विधि:

कार्बन स्रोत, टैंटलम स्रोत, डिस्पर्सेंट और बाइंडर युक्त घोल को ग्रेफाइट पर लेपित किया जाता है और सूखने के बाद उच्च तापमान पर सिंटर किया जाता है। तैयार कोटिंग नियमित अभिविन्यास के बिना बढ़ती है, इसकी लागत कम है और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। बड़े ग्रेफाइट पर एक समान और पूर्ण कोटिंग प्राप्त करने, समर्थन दोषों को खत्म करने और कोटिंग बॉन्डिंग बल को बढ़ाने के लिए इसका पता लगाया जाना बाकी है।

भाग/3

प्लाज्मा छिड़काव विधि:

टीएसी पाउडर को उच्च तापमान पर प्लाज्मा चाप द्वारा पिघलाया जाता है, उच्च गति वाले जेट द्वारा उच्च तापमान की बूंदों में परमाणु होता है, और ग्रेफाइट सामग्री की सतह पर छिड़काव किया जाता है। गैर-वैक्यूम के तहत ऑक्साइड परत बनाना आसान है, और ऊर्जा की खपत बड़ी है।

TaC लेपित ग्रेफाइट भागों को हल करने की आवश्यकता है

भाग ---- पहला

बाध्यकारी बल:

TAC और कार्बन सामग्री के बीच थर्मल विस्तार गुणांक और अन्य भौतिक गुण अलग -अलग हैं, कोटिंग बॉन्डिंग की ताकत कम है, दरारें, छिद्र और थर्मल तनाव से बचना मुश्किल है, और कोटिंग को वास्तविक वातावरण में छीलना आसान है और बार -बार बढ़ती और शीतलन प्रक्रिया।

भाग/2

शुद्धता:

उच्च तापमान की स्थिति में अशुद्धियों और प्रदूषण से बचने के लिए TaC कोटिंग को अति-उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है, और सतह पर और पूर्ण कोटिंग के अंदर मुक्त कार्बन और आंतरिक अशुद्धियों के प्रभावी सामग्री मानकों और लक्षण वर्णन मानकों पर सहमति होनी चाहिए।

भाग/3

स्थिरता:

2300℃ से ऊपर उच्च तापमान प्रतिरोध और रासायनिक वातावरण प्रतिरोध कोटिंग की स्थिरता का परीक्षण करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण संकेतक हैं। पिनहोल, दरारें, गायब कोने, और एकल अभिविन्यास अनाज की सीमाएं संक्षारक गैसों को ग्रेफाइट में घुसने और घुसने का कारण बनती हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोटिंग सुरक्षा विफलता होती है।

भाग/4

ऑक्सीकरण प्रतिरोध:

TAC TA2O5 पर ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है जब यह 500 ℃ से ऊपर होता है, और तापमान और ऑक्सीजन एकाग्रता की वृद्धि के साथ ऑक्सीकरण दर तेजी से बढ़ जाती है। सतह ऑक्सीकरण अनाज की सीमाओं और छोटे अनाज से शुरू होता है, और धीरे -धीरे स्तंभ क्रिस्टल और टूटे हुए क्रिस्टल बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में अंतराल और छेद होते हैं, और ऑक्सीजन घुसपैठ तब तक तेज हो जाती है जब तक कि कोटिंग छीन नहीं जाती। परिणामी ऑक्साइड परत में खराब तापीय चालकता और दिखने में विभिन्न प्रकार के रंग होते हैं।

भाग/5

एकरूपता और खुरदरापन:

कोटिंग सतह के असमान वितरण से स्थानीय थर्मल तनाव एकाग्रता हो सकती है, जिससे क्रैकिंग और स्पॉलिंग का खतरा बढ़ जाता है। इसके अलावा, सतह की खुरदरापन सीधे कोटिंग और बाहरी वातावरण के बीच बातचीत को प्रभावित करता है, और बहुत अधिक खुरदरापन आसानी से वेफर और असमान थर्मल क्षेत्र के साथ घर्षण बढ़ जाता है।

भाग/6

अनाज आकार:

समान दाने का आकार कोटिंग की स्थिरता में मदद करता है। यदि अनाज का आकार छोटा है, तो बंधन कड़ा नहीं है, और इसका ऑक्सीकरण और संक्षारण होना आसान है, जिसके परिणामस्वरूप अनाज के किनारे में बड़ी संख्या में दरारें और छेद होते हैं, जो कोटिंग के सुरक्षात्मक प्रदर्शन को कम करता है। यदि दाने का आकार बहुत बड़ा है, तो यह अपेक्षाकृत खुरदरा होता है, और थर्मल तनाव के तहत कोटिंग आसानी से निकल जाती है।

निष्कर्ष और संभावना

सामान्य तौर पर,टीएसी लेपित ग्रेफाइट भागोंबाजार में इसकी भारी मांग है और वर्तमान में आवेदन की संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला हैTaC लेपित ग्रेफाइट भागविनिर्माण मुख्यधारा को सीवीडी टीएसी घटकों पर भरोसा करना है। हालांकि, सीवीडी टीएसी उत्पादन उपकरण और सीमित बयान दक्षता की उच्च लागत के कारण, पारंपरिक एसआईसी लेपित ग्रेफाइट सामग्री को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं किया गया है। सिंटरिंग विधि प्रभावी रूप से कच्चे माल की लागत को कम कर सकती है, और ग्रेफाइट भागों के जटिल आकृतियों के अनुकूल हो सकती है, ताकि अधिक अलग -अलग अनुप्रयोग परिदृश्यों की जरूरतों को पूरा किया जा सके।