Heya nuha, nifşa sêyemîn a nîvconductors serdest esilicon carbide. Di strûktûra lêçûnên amûrên wê de, substrate% 47% û epitaxy% 23 pêk tê. Her du bi hev re ji sedî 70% hesab dikin, ku beşek herî girîng esilicon carbidezincîra pîşesaziya hilberîna cîhazê.
Rêbaza ku bi gelemperî ji bo amadekirinê tê bikar anînsilicon carbidekrîstalên yekane rêbaza PVT (veguhaztina buhara fizîkî) ye. Prensîb ew e ku madeyên xav li herêmek germahiya bilind û krîstala tovê li herêmek germahiya kêm kêm were çêkirin. Materyalên xav di germahiyek bilind de dihelin û rasterast bêyî qonaxa şil madeyên qonaxa gazê çêdikin. Van maddeyên qonaxa gazê di bin ajotina pileya germahiya eksê de ber bi krîstala tovê ve têne veguheztin, û li krîstala tovê navokî dibin û mezin dibin da ku yek krîstalek karbîd a silicon ava bikin. Heya nuha, pargîdaniyên biyanî yên wekî Cree, II-VI, SiCrystal, Dow û pargîdaniyên navxweyî yên wekî Tianyue Advanced, Tianke Heda, û Century Golden Core hemî vê rêbazê bikar tînin.
Zêdetirî 200 formên krîstal ên karbîd silicon hene, û ji bo afirandina forma yek-krîstalê ya pêdivî (serweriya bingehîn forma krîstal 4H) kontrolek pir rast hewce ye. Li gorî pêşnûmeya Tianyue Advanced, hilberîna şikefta krîstal a pargîdanî di 2018-2020 û H1 2021 de bi rêzê ve 41%, 38,57%, 50,73% û 49,90% bû, û hilberîna substratê% 72,4,7 û 7,7% û 7,7% 7,7 û 7,4% bû. bi rêzê ve. Berhema berfireh niha tenê %37,7 e. Rêbaza PVT-ya sereke wekî mînak digire, hilberîna kêm bi piranî ji ber dijwariyên jêrîn di amadekirina substratê SiC de ye:
1. Zehmetiya di kontrolkirina zeviyê germahiyê de: Pêdivî ye ku darên krîstal ên SiC di germahiya bilind a 2500℃ de werin hilberandin, dema ku krîstalên silicon tenê 1500 ℃ hewce ne, ji ber vê yekê firneyên yek krîstal ên taybetî hewce ne, û pêdivî ye ku germahiya mezinbûnê di dema hilberandinê de bi rastî were kontrol kirin. , ku kontrolkirina wê pir dijwar e.
2. Leza hilberînê ya hêdî: Rêjeya mezinbûna materyalên siliconê yên kevneşopî 300 mm di saetê de ye, lê yek krîstalên silicon carbide tenê dikarin di saetekê de 400 mîkron mezin bibin, ku ev yek nêzîkê 800 carî cûdahî ye.
3. Pêdiviyên bilind ji bo parametreyên hilberê baş, û hilberîna qutiya reş di wextê de dijwar e ku were kontrol kirin: Parametreyên bingehîn ên waferên SiC di nav de dendika mîkrotubeyê, dendika veqetandinê, berxwedêrî, warpage, hişkiya rûkê, hwd. Di pêvajoya mezinbûna krîstal de, ew e. pêdivî ye ku meriv bi rast pîvanên wekî rêjeya silicon-karbonê, pilana germahiya mezinbûnê, rêjeya mezinbûna krîstal, û zexta herikîna hewayê bi rêkûpêk kontrol bike. Wekî din, tevlêbûnên polîmorfîk îhtîmal e ku çêbibin, ku di encamê de krîstalên bêkalîte çêbibin. Di qutiya reş a xaça grafîtê de, ne gengaz e ku meriv rewşa mezinbûna krîstal di wextê rast de bişopîne, û kontrolkirina zeviya germî ya pir rast, berhevkirina materyalê û berhevkirina ezmûnê hewce ye.
4. Zehmetiya di berfirehkirina krîstal de: Di binê rêbaza veguheztina qonaxa gazê de, teknolojiya berfirehkirina mezinbûna krîstalê ya SiC zehf dijwar e. Her ku mezinahiya krîstal zêde dibe, dijwariya mezinbûna wê bi qat zêde dibe.
5. Hilberîna gelemperî kêm: Berhema kêm bi giranî ji du girêdanan pêk tê: (1) Hilberîna çîçeka krîstal = hilberîna tîrêja krîstal-pola nîvconductor/(Derketina çîçeka krîstal-pola nîv-conductor + Hilbera tîrêja krîstal a ne-semiconductor) × 100%; (2) Hilberîna substratê = hilberîna substratê ya jêhatî / (hilberana substratê ya bi kalîte + hilberîna substratê ya neqedexekirî) × 100%.
Di amadekirina bilind-kalîteyê û hilberîna bilind desubstratên silicon carbide, core pêdivî bi materyalên zeviya germî ya çêtir heye ku germahiya hilberînê rast kontrol bike. Kîtên xaçê yên zeviyê germî yên ku niha têne bikar anîn bi piranî parçeyên strukturên grafît ên paqij-paqij in, ku ji bo germkirin û helandina toza karbonê û toza silicon û germkirinê têne bikar anîn. Materyalên grafît xwedan taybetmendiyên hêza taybetî ya bilind û modula taybetî, berxwedana şoka termal a baş û berxwedana korozyonê ne, lê dezawantajên wan hene ku bi hêsanî di hawîrdorên oksîjenê yên germahîya bilind de têne oksî kirin, li hember ammonia ne berxwedêr, û berxwedana xizan a belengaz. Di pêvajoya mezinbûna silicon carbide single crystal ûsilicon carbide epitaxial waferhilberînê, zehmet e ku meriv hewcedariyên hişk ên mirovan ên ji bo karanîna materyalên grafît bicîh bîne, ku ev yek bi giranî pêşkeftin û sepana wê ya pratîkî sînordar dike. Ji ber vê yekê, pêlavên germahiya bilind ên wekî karbîdê tantalum dest pê kirine.
2. TaybetmendiyênTantalum Carbide Coating
Seramîka TaC heya 3880℃ xwedan nuqteyek helandinê ye, serhişkiya bilind (serhişkiya Mohs 9-10), guheztina germê ya mezin (22W·m-1·K−1), hêza guheztinê ya mezin (340-400MPa), û berfirehbûna germî ya piçûk heye. hevseng (6,6×10−6K−1), û îstîqrara termokîmyayî ya hêja û taybetmendiyên laşî yên hêja nîşan dide. Ew lihevhatina kîmyewî û lihevhatina mekanîkî ya baş bi materyalên grafît û C/C re heye. Ji ber vê yekê, pêlava TaC bi berfirehî di parastina germî ya hewayê, mezinbûna yek krîstal, elektronîkên enerjiyê, û alavên bijîjkî de tê bikar anîn.
TaC-pêçandîgrafît ji grafît tazî an grafîta pêçandî ya SiC xwedan berxwedana korozyona kîmyewî çêtir e, dikare di germahiyên bilind ên 2600 ° de bi îstîqrar were bikar anîn û bi gelek hêmanên metal re reaksiyonê nake. Ew di senaryoyên mezinbûna krîstal a nîvconduktorê ya nifşa sêyem û senaryoyên xêzkirina wafer de pêlava çêtirîn e. Ew dikare di pêvajoyê de kontrolkirina germahî û nepakiyan bi girîngî baştir bike û amade bikewafers carbide silicon-high qualityû girêdayîwafers epitaxial. Ew bi taybetî ji bo mezinkirina yek krîstalên GaN an AlN bi alavên MOCVD û mezinkirina yek krîstalên SiC bi alavên PVT re maqûl e, û qalîteya krîstalên yekbûyî yên mezinbûyî bi girîngî çêtir dibe.
III. Awantajên Amûrên pêçandî yên Tantalum Carbide
Bikaranîna pêlava Tantalum Carbide TaC dikare pirsgirêka kêmasiyên keviya krîstal çareser bike û kalîteya mezinbûna krîstal baştir bike. Ew yek ji rêwerzên teknîkî yên bingehîn e ku "bi lez mezin dibin, qalind dibin û dirêj dibin". Lêkolîna pîşesaziyê her weha destnîşan kir ku Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible dikare germbûna yekrengtir bi dest bixe, bi vî rengî kontrola pêvajoyê ya hêja ji bo mezinbûna yek krîstal a SiC peyda dike, bi vî rengî îhtîmala pêkhatina polîkristalîn li devê krîstalên SiC bi girîngî kêm dike. Wekî din, Tantalum Carbide Graphite Coating du avantajên sereke hene:
(I) Kêmkirina Kêmasiyên SiC
Di warê kontrolkirina kêmasiyên SiC-krîstalê de, bi gelemperî sê awayên girîng hene. Ji bilî xweşbînkirina parametreyên mezinbûnê û materyalên çavkaniyê yên bi kalîte (wekî toza çavkaniya SiC), bi karanîna Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible jî dikare bigihîje kalîteya krîstal a baş.
Diyagrama şematîkî ya xaça grafîtê ya kevneşopî (a) û xaça pêçandî ya TAC (b)
Li gorî lêkolîna Zanîngeha Ewropaya Rojhilat a li Koreyê, nepaqijiya sereke di mezinbûna krîstala SiC de nîtrojen e, û karbîdên tantalûmê yên grafît ên pêçandî dikarin bi bandor tevlêbûna nîtrojenê ya krîstalên SiC sînordar bikin, bi vî rengî hilberîna kêmasiyên wekî mîkropîp kêm bikin û krîstal baştir bikin. çêwe. Lêkolînan destnîşan kir ku di bin heman şert û mercan de, hûrgelên hilgirê yên wafersên SiC yên ku di kerpîçên grafît ên kevneşopî de têne mezin kirin û çîpên pêçandî yên TAC bi rêzê ve bi rêzdarî 4,5 × 1017 / cm û 7,6 × 1015 / cm ne.
Berawirdkirina kêmasiyên di krîstalên SiC yên yekbûyî de ku di keriyên grafît ên kevneşopî de (a) û keriyên pêçandî yên TAC (b) hatine mezin kirin
(II) Baştirkirina jiyana keriyên grafît
Heya nuha, lêçûna krîstalên SiC zêde maye, ku lêçûna xerckirina grafît bi qasî 30%. Ya sereke ji bo kêmkirina lêçûna xerckirina grafît zêdekirina jiyana karûbarê wê ye. Li gorî daneyên tîmek lêkolînê ya Brîtanî, pêlavên karbîdên tantalum dikarin jiyana karûbarê pêkhateyên grafît 30-50% dirêj bikin. Li gorî vê hesabkirinê, tenê li şûna grafîta pêçandî ya karbîd tantalum dikare lêçûna krîstalên SiC% 9% -15 kêm bike.
4. Pêvajoya amadekirina çêkirina karbide ya Tantalum
Rêbazên amadekirina kişandina TaC dikare li sê kategoriyan were dabeş kirin: rêbaza qonaxa hişk, rêbaza qonaxa şil û rêbaza qonaxa gazê. Rêbaza qonaxa zexm bi piranî rêbaza kêmkirinê û rêbaza kîmyewî pêk tîne; rêbaza qonaxa şil di nav xwe de rêbaza xwêya şilandî, rêbaza sol-gel (Sol-Gel), rêbaza slurry-sintering, rêbaza rijandina plazmayê; rêbaza qonaxa gazê depokirina buhara kîmyewî (CVD), ketina buhara kîmyewî (CVI) û hilanîna buhara fizîkî (PVD) pêk tê. Rêbazên cûda xwedî avantaj û dezawantajên xwe ne. Di nav wan de, CVD ji bo amadekirina pêlên TaC rêbazek pêbawer û berfireh tê bikar anîn. Bi başkirina domdar a pêvajoyê re, pêvajoyên nû yên wekî vegirtina buhara kîmyewî ya germ û tîrêjê îyonê bi alîkariya depokirina buhara kîmyewî hatine pêşve xistin.
Materyalên li ser bingeha karbonê yên guhezbar ên pêlava TaC bi giranî grafît, fîber karbon, û materyalên pêkhatî yên karbon / karbon hene. Rêbazên ji bo amadekirina pêlavên TaC li ser grafît dişoxilînin plazmayê, CVD, şilkirina slurry, hwd.
Avantajên rêbaza CVD: Rêbaza CVD ji bo amadekirina pêlên TaC li ser bingeha tantalum halide (TaX5) wekî çavkaniya tantalûm û hîdrokarbon (CnHm) wekî çavkaniya karbonê ye. Di bin hin mercan de, ew bi rêzê ve di nav Ta û C de têne hilweşandin, û dûv re bi hev re reaksiyon dikin da ku pêlên TaC bistînin. Rêbaza CVD dikare di germahiyek nizm de were meşandin, ku dikare ji kêmasiyan û kêmbûna taybetmendiyên mekanîkî yên ku ji ber amadekirina germahiya bilind an dermankirina pêlavan heya radeyekê vedihewîne dûr bixe. Pêkhatin û strukturên xêzkirinê têne kontrol kirin, û avantajên wê yên paqijiya bilind, dendika bilind, û stûrbûna yekreng heye. Ya girîngtir, pêkhatin û strukturên pêlên TaC yên ku ji hêla CVD ve hatine amadekirin dikare were sêwirandin û bi hêsanî were kontrol kirin. Ew ji bo amadekirina pêlên TaC-a-kalîteya bilind rêbazek pêbawer û berfireh tê bikar anîn.
Faktorên bandor ên bingehîn ên pêvajoyê ev in:
A. Rêjeya herikîna gazê (çavkaniya tantalum, gaza hîdrokarbonê wekî çavkaniya karbonê, gaza hilgirê, gaza kêmkirina Ar2, gaza kêmkirina H2): Guherîna rêjeya herikîna gazê bandorek mezin li qada germahiyê, qada zextê û qada herikîna gazê dike. odeya reaksiyonê, di encamê de di pêkhatin, avahî, û performansa pêlê de guherîn çêdibe. Zêdekirina rêjeya herikîna Ar dê rêjeya mezinbûna pêlavê hêdî bike û mezinahiya genim kêm bike, di heman demê de rêjeya girseya molarê ya TaCl5, H2, û C3H6 bandorê li pêkhatina pêlê dike. Rêjeya molarê ya H2 bi TaCl5 (15-20): 1 e, ku guncantir e. Rêjeya molar a TaCl5 û C3H6 bi teorîkî nêzî 3:1 e. Zêdebûna TaCl5 an C3H6 dê bibe sedema pêkhatina Ta2C an karbona belaş, ku bandorê li kalîteya wafer dike.
B. Germahiya depokirinê: Çiqas germahiya dagirtinê bilindtir bibe, leza depokirinê ew qas zûtir e, mezinahiya genim ew qas mezin dibe, û cil û berg jî ew qas hişktir dibe. Wekî din, germahî û leza veqetandina hîdrokarbonê di nav C û hilweşîna TaCl5 di Ta de cûda ne, û Ta û C bi îhtîmalek mezin e ku Ta2C çêbikin. Germahî bandorek mezin li ser materyalên karbonê yên guhezbar ên pêça TaC dike. Her ku germahiya hilanînê zêde dibe, rêjeya depokirinê zêde dibe, mezinahiya parçikê zêde dibe, û şeklê parçikê ji gûzê diguhezîne polîhedral. Digel vê yekê, her ku germahiya hilweşandinê bilindtir bibe, hilweşîna TaCl5 bileztir dibe, C-ya kêm azad dibe, stresa di xêzkirinê de ew qas mezin dibe, û şikestin dê bi hêsanî çêbibin. Lêbelê, germahiya nizm ya nizm dê bibe sedema kêmbûna kargêriya hilweşandina pêlavê, wextê dirêjtir hilweşandinê, û lêçûnên maddeya xav bilindtir.
C. Zexta depokirinê: Zexta dagirtinê ji nêz ve bi enerjiya azad a rûbera materyalê ve girêdayî ye û dê bandorê li dema rûniştina gazê ya di odeya reaksiyonê de bike, bi vî rengî bandorê li leza nûkleerî û mezinahiya parçikê ya kincê bike. Her ku zexta depokirinê zêde dibe, dema rûniştina gazê dirêjtir dibe, reaktant zêdetir wextê wan heye ku bikevin ber reaksiyonên nuklekirinê, rêjeya reaksiyonê zêde dibe, perçe mezin dibin, û cil û berg stûrtir dibe; berevajî vê, her ku zexta depokirinê kêm dibe, dema rûniştina gaza reaksiyonê kurt e, rêjeya reaksiyonê hêdî dibe, perçe piçûktir dibin, û paldank ziravtir dibe, lê zexta hilweşandinê bandorek hindik li ser avahiya krîstal û pêkhatina pêlê dike.
V. Meyla pêşkeftina pêlava karbîdê tantalum
Rêjeya berfirehbûna germî ya TaC (6,6×10−6K−1) hinekî ji ya materyalên karbon-based ên wekî grafît, fîber karbonê, û materyalên pêkhatî yên C/C cûda ye, ku cil û bergên TaC-ê yên yek-qonaxê meyldar dike ku şikestin û dikeve. Ji bo ku bêtir berxwedana ablation û oksîdasyonê, îstîqrara mekanîkî ya germahiya bilind, û berxwedana korozyona kîmyewî ya germahîya bilind a pêlên TaC çêtir bikin, lêkolîneran li ser pergalên xêzkirinê yên wekî pergalên pêlavê yên pêkhatî, pergalên pêvekirina çareseriya hişk, û gradient lêkolîn kirin. pergalên xêzkirinê.
Pergala pêlavê ya pêkhatî ew e ku şikestinên yek pêçekê girtî bike. Bi gelemperî, kincên din di nav rûkal an qata hundurîn a TaC de têne danîn da ku pergalek pêvekirina tevlihev ava bikin; pergala pêlavê ya bihêzkirina çareseriya zexm HfC, ZrC, û hwd., xwediyê heman avahiya kub a rû-navendî ya TaC ye, û her du karbîd dikarin di nav hev de bêsînor çareser bibin da ku avahiyek çareseriyek zexm ava bikin. Pîvana Hf(Ta)C bê şikestin e û xwedan girêdanek baş bi materyalê pêkhatî C/C ye. Kişandina xwedan performansa dijî-ablasyonê ya hêja ye; Pergala nixumandina gradientê lihevhatina hêmanên xêzkirinê li ser riya stûrahiya wê vedibêje. Avahî dikare stresa hundurîn kêm bike, hevahengiya hevberên berfirehbûna termal baştir bike, û ji şikestinê dûr bixe.
(II) Berhemên amûra pêvekirina karbîdê Tantalum
Li gorî îstatîstîk û pêşbîniyên QYR (Hengzhou Bozhi), firotana bazara gerdûnî ya pêlava karbîd a tantalum di sala 2021-an de gihîştiye 1.5986 mîlyon dolarê Amerîkî (ji bilî hilberên amûra pêlavkirina karbîd a tantalûmê ya ku xwe-hilberîn û xwe-berdestkirî ya Cree-yê vedihewîne), û ew hîn jî di destpêkê de ye. qonaxên pêşveçûna pîşesaziyê.
1. Zengên berfirehkirina krîstal û keresteyên ku ji bo mezinbûna krîstal hewce ne: Li ser bingeha 200 firaxên mezinbûna krîstal ji her pargîdanî re, para bazarê ya cîhazên pêçandî yên TaC ku ji hêla 30 pargîdaniyên mezinbûna krîstal ve tê xwestin bi qasî 4,7 mîlyar yuan e.
2. Tepsiyên TaC: Her tepsiyek dikare 3 waferan hilgire, her tepsiyek 1 meh dikare were bikar anîn û ji her 100 waferî re 1 tepsiyek tê vexwarin. Ji 3 mîlyon waferan re 30,000 tepsiyên TaC hewce ne, her tepsiyek bi qasî 20,000 perçe ye, û her sal bi qasî 600 mîlyon hewce ne.
3. Din senaryoyên kêmkirina karbonê. Nêzîkî 100 mîlyon, wekî xêzkirina firna germahiya bilind, nozê CVD, lûleyên firnê, hwd.
Dema şandinê: Tîrmeh-02-2024