Ayeuna, generasi katilu semikonduktor didominasi kusilikon karbida. Dina struktur biaya alatna, substrat nyababkeun 47%, sareng epitaksi 23%. Dua babarengan akun pikeun ngeunaan 70%, nu mangrupa bagian pangpentingna tinasilikon karbidaranté industri manufaktur alat.
Metodeu anu biasa dianggo pikeun nyiapkeunsilikon karbidakristal tunggal teh metoda PVT (transportasi uap fisik). Prinsipna nyaéta ngadamel bahan baku dina zona suhu luhur sareng kristal siki dina zona suhu anu kawilang rendah. Bahan baku dina suhu luhur terurai sarta langsung ngahasilkeun zat fase gas tanpa fase cair. Zat fase gas ieu diangkut ka kristal cikal handapeun drive gradién suhu axial, sarta nukléasi sarta tumuwuh dina kristal cikal pikeun ngabentuk silikon carbide kristal tunggal. Ayeuna, perusahaan asing sapertos Cree, II-VI, SiCrystal, Dow sareng perusahaan domestik sapertos Tianyue Advanced, Tianke Heda, sareng Century Golden Core sadayana nganggo metode ieu.
Aya langkung ti 200 bentuk kristal silikon karbida, sareng kontrol anu tepat pisan diperyogikeun pikeun ngahasilkeun bentuk kristal tunggal anu diperyogikeun (utamana nyaéta bentuk kristal 4H). Numutkeun kana prospektus Tianyue Advanced, ngahasilkeun rod kristal perusahaan dina 2018-2020 sareng H1 2021 masing-masing 41%, 38.57%, 50.73% sareng 49.90% masing-masing, sareng ngahasilkeun substrat masing-masing 72.61%, 75.15%, 75.15%, sareng 75.15%. Ngahasilkeun komprehensif ayeuna ngan 37,7%. Nyandak metodeu PVT mainstream sabagé conto, ngahasilkeun anu rendah utamina kusabab kasusah di handap ieu dina persiapan substrat SiC:
1. Kasesahan dina kontrol widang hawa: SiC rod kristal perlu dihasilkeun dina suhu luhur 2500 ℃, bari kristal silikon ngan butuh 1500 ℃, jadi tungku kristal tunggal husus anu diperlukeun, sarta suhu tumuwuhna perlu persis dikawasa salila produksi. , nu hésé pisan dikontrol.
2. Laju produksi slow: Laju tumuwuhna bahan silikon tradisional nyaéta 300 mm per jam, tapi silikon carbide kristal tunggal ngan bisa tumuwuh 400 microns per jam, nu ampir 800 kali bédana.
3. syarat High pikeun parameter produk alus, sarta ngahasilkeun kotak hideung hese ngadalikeun dina jangka waktu: Parameter inti wafers SiC kaasup dénsitas microtube, dénsitas dislocation, resistivity, warpage, roughness permukaan, jsb Salila prosés tumuwuhna kristal, éta diperlukeun pikeun akurat ngadalikeun parameter kayaning rasio silikon-karbon, gradién suhu tumuwuh, laju tumuwuh kristal, sarta tekanan aliran hawa. Upami teu kitu, inclusions polymorphic kamungkinan lumangsung, hasilna kristal unqualified. Dina kotak hideung tina crucible grafit, mustahil pikeun niténan status pertumbuhan kristal sacara real waktos, sarta kontrol médan termal pisan tepat, cocog bahan, sarta akumulasi pangalaman anu diperlukeun.
4. Kasesahan dina ékspansi kristal: Dina metoda angkutan fase gas, téhnologi ékspansi tumuwuhna kristal SiC pisan hésé. Salaku ukuran kristal naek, kasusah tumuwuhna naek éksponénsial.
5. Umumna low ngahasilkeun: Low ngahasilkeun utamana diwangun ku dua tumbu: (1) Kristal rod ngahasilkeun = semikonduktor-grade kristal kaluaran rod / (semikonduktor-grade kristal kaluaran rod + non-semikonduktor-grade kristal kaluaran rod) × 100%; (2) Ngahasilkeun substrat = kaluaran substrat mumpuni / (kaluaran substrat mumpuni + kaluaran substrat teu cocog) × 100%.
Dina persiapan kualitas luhur sareng ngahasilkeun luhursubstrat silikon karbida, inti perlu bahan médan termal hadé mun akurat ngadalikeun hawa produksi. The termal médan crucible kit ayeuna dipaké utamana-purity tinggi bagian struktural grafit, nu dipaké pikeun panas tur ngalembereh bubuk karbon jeung bubuk silikon sarta tetep haneut. Bahan grafit gaduh ciri kakuatan spésifik anu luhur sareng modulus spésifik, résistansi shock termal anu saé sareng résistansi korosi, tapi aranjeunna gaduh kalemahan gampang dioksidasi dina lingkungan oksigén suhu luhur, henteu tahan kana amonia, sareng résistansi scratch goréng. Dina prosés silikon carbide tumuwuhna kristal tunggal jeungwafer epitaxial silikon karbidaproduksi, hese minuhan sarat jalma beuki stringent pikeun pamakéan bahan grafit, nu serius ngawatesan ngembangkeun sarta aplikasi praktis. Ku alatan éta, palapis suhu luhur sapertos tantalum carbide parantos mimiti muncul.
2. Ciri tinaTantalum Carbide palapis
keramik TaC ngabogaan titik lebur nepi ka 3880 ℃, karasa luhur (karasa Mohs 9-10), konduktivitas termal badag (22W·m-1·K−1), kakuatan bending badag (340-400MPa), jeung ékspansi termal leutik. koefisien (6,6×10−6K−1), sarta némbongkeun stabilitas thermochemical alus teuing jeung sipat fisik alus teuing. Cai mibanda kasaluyuan kimiawi alus tur kasaluyuan mékanis jeung grafit jeung C / C bahan komposit. Ku alatan éta, palapis TaC loba dipaké dina panyalindungan termal aerospace, tumuwuhna kristal tunggal, éléktronika énergi, jeung alat médis.
TaC-dilapisgrafit boga lalawanan korosi kimiawi hadé ti grafit bulistir atawa SiC-coated grafit, bisa dipaké stably dina suhu luhur 2600 °, sarta teu meta jeung loba elemen logam. Ieu téh mangrupa palapis pangalusna dina semikonduktor generasi katilu tumuwuhna kristal tunggal jeung skenario wafer etching. Éta tiasa sacara signifikan ningkatkeun kontrol suhu sareng pangotor dina prosés sareng nyiapkeunwafers silikon carbide kualitas luhurjeung pataliwafer epitaxial. Ieu hususna cocog pikeun tumuwuh kristal tunggal GaN atanapi AlN kalawan parabot MOCVD sarta tumuwuh kristal tunggal SiC kalawan parabot PVT, sarta kualitas tumuwuh kristal tunggal nyata ningkat.
III. Kaunggulan tina Tantalum Carbide Coated Alat
Pamakéan Tantalum Carbide TaC palapis bisa ngajawab masalah defects ujung kristal sarta ngaronjatkeun kualitas tumuwuhna kristal. Ieu salah sahiji arah teknis inti "tumuwuh gancang, tumuwuh kandel, sarta tumuwuh panjang". Panaliti industri ogé nunjukkeun yén Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible tiasa ngahontal pemanasan anu langkung seragam, ku kituna nyayogikeun kontrol prosés anu saé pikeun pertumbuhan kristal tunggal SiC, sahingga sacara signifikan ngirangan kamungkinan formasi polycrystalline di ujung kristal SiC. Salaku tambahan, Tantalum Carbide Graphite Coating ngagaduhan dua kaunggulan utama:
(I) Ngurangan SiC Defects
Dina hal ngadalikeun defects kristal tunggal SiC, biasana aya tilu cara penting. Salian ngaoptimalkeun parameter pertumbuhan sareng bahan sumber kualitas luhur (sapertos bubuk sumber SiC), ngagunakeun Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible ogé tiasa ngahontal kualitas kristal anu saé.
diagram skéma tina crucible grafit konvensional (a) jeung crucible coated TAC (b)
Numutkeun kana panilitian ku Universitas Éropa Wétan di Koréa, najis utama dina kamekaran kristal SiC nyaéta nitrogén, sareng tantalum carbide coated grafit crucibles tiasa sacara efektif ngawatesan asupan nitrogén tina kristal SiC, ku kituna ngirangan generasi cacad sapertos micropipes sareng ningkatkeun kristal. kualitas. Panaliti nunjukkeun yén dina kaayaan anu sami, konsentrasi pamawa wafer SiC anu tumbuh dina crucibles grafit konvensional sareng crucibles coated TAC masing-masing kirang langkung 4,5 × 1017 / cm sareng 7,6 × 1015 / cm.
Ngabandingkeun defects dina SiC kristal tunggal tumuwuh dina crucibles grafit konvensional (a) jeung crucibles coated TAC (b)
(II) Ngaronjatkeun kahirupan crucibles grafit
Ayeuna, biaya kristal SiC tetep luhur, dimana biaya konsumsi grafit kira-kira 30%. Konci pikeun ngirangan biaya bahan konsumsi grafit nyaéta ningkatkeun umur jasana. Numutkeun data ti tim peneliti Inggris, palapis tantalum carbide tiasa manjangkeun umur jasa komponén grafit ku 30-50%. Numutkeun itungan ieu, ngan ngaganti tantalum carbide coated grafit bisa ngurangan biaya kristal SiC ku 9% -15%.
4. Tantalum carbide prosés préparasi palapis
Metode persiapan palapis TaC tiasa dibagi kana tilu kategori: metode fase padet, metode fase cair sareng metode fase gas. Métode fase padet utamana ngawengku métode réduksi jeung métode kimiawi; métode fase cair ngawengku métode uyah molten, métode sol-gél (Sol-Gel), métode slurry-sintering, métode nyemprot plasma; métode fase gas ngawengku déposisi uap kimia (CVD), infiltrasi uap kimia (CVI) jeung déposisi uap fisik (PVD). Métode anu béda-béda gaduh kaunggulan sareng kalemahan sorangan. Di antarana, CVD mangrupakeun metoda rélatif dewasa sarta loba dipaké pikeun Nyiapkeun coatings TaC. Kalayan perbaikan kontinyu tina prosés, prosés anyar sapertos déposisi uap kimia kawat panas sareng déposisi uap kimia dibantuan sinar ion parantos dikembangkeun.
Bahan dumasar karbon anu dirobih lapisan TaC utamina kalebet grafit, serat karbon, sareng bahan komposit karbon/karbon. Métode pikeun nyiapkeun lapisan TaC dina grafit kalebet nyemprot plasma, CVD, sintering slurry, jsb.
Kaunggulan metode CVD: Metode CVD pikeun nyiapkeun lapisan TaC dumasar kana tantalum halida (TaX5) salaku sumber tantalum sareng hidrokarbon (CnHm) salaku sumber karbon. Dina kaayaan nu tangtu, aranjeunna decomposed kana Ta jeung C mungguh, lajeng ngaréaksikeun saling pikeun ménta coatings TaC. Metodeu CVD tiasa dilaksanakeun dina suhu anu langkung handap, anu tiasa ngahindarkeun cacad sareng ngirangan sipat mékanis anu disababkeun ku persiapan suhu luhur atanapi perawatan palapis dugi ka tingkat anu tangtu. Komposisi sareng struktur palapis tiasa dikontrol, sareng éta gaduh kauntungan tina purity tinggi, dénsitas luhur, sareng ketebalan seragam. Anu langkung penting, komposisi sareng struktur lapisan TaC anu disiapkeun ku CVD tiasa dirarancang sareng gampang dikontrol. Ieu mangrupikeun metode anu kawilang dewasa sareng seueur dianggo pikeun nyiapkeun palapis TaC kualitas luhur.
Faktor anu mangaruhan inti prosés nyaéta:
A. Laju aliran gas (sumber tantalum, gas hidrokarbon salaku sumber karbon, gas carrier, gas éncér Ar2, ngurangan gas H2): Parobahan laju aliran gas boga pangaruh gede dina widang suhu, widang tekanan, jeung widang aliran gas dina kamar réaksi, hasilna parobahan dina komposisi, struktur, jeung kinerja palapis nu. Ngaronjatkeun laju aliran Ar bakal ngalambatkeun laju tumuwuh palapis sarta ngurangan ukuran gandum, sedengkeun rasio massa molar TaCl5, H2, sarta C3H6 mangaruhan komposisi palapis. Babandingan molar H2 ka TaCl5 nyaéta (15-20):1, anu langkung cocog. Babandingan molar TaCl5 ka C3H6 sacara téoritis ngadeukeutan 3:1. TaCl5 atawa C3H6 kaleuleuwihan bakal ngabalukarkeun kabentukna Ta2C atawa karbon bébas, mangaruhan kualitas wafer.
B. Suhu déposisi: Nu leuwih luhur suhu déposisi, nu gancang laju déposisi, nu leuwih gede ukuran sisikian, jeung rougher palapis nu. Sajaba ti éta, suhu jeung laju dékomposisi hidrokarbon kana C jeung TaCl5 dékomposisi kana Ta béda, sarta Ta jeung C leuwih gampang ngabentuk Ta2C. Suhu boga pangaruh hébat kana TaC coating bahan karbon dirobah. Nalika suhu déposisi ningkat, laju déposisi ningkat, ukuran partikel ningkat, sareng bentuk partikel robih tina buleud ka polyhedral. Sajaba ti éta, nu leuwih luhur suhu déposisi, nu gancang dékomposisi TaCl5, nu kirang bébas C bakal, nu gede stress dina palapis nu, sarta retakan bakal gampang dihasilkeun. Tapi, suhu déposisi anu handap bakal nyababkeun efisiensi déposisi palapis anu langkung handap, waktos déposisi anu langkung panjang, sareng biaya bahan baku anu langkung luhur.
C. tekanan déposisi: tekanan déposisi raket patalina jeung énergi bébas tina beungeut bahan sarta bakal mangaruhan waktu tinggal gas dina chamber réaksi, kukituna mangaruhan laju nucleation sarta ukuran partikel palapis nu. Salaku tekanan déposisi naek, waktu tinggal gas jadi leuwih lila, réaktan boga leuwih waktos ngalaman réaksi nucleation, laju réaksi ngaronjat, partikel jadi leuwih badag, sarta palapis jadi kandel; Sabalikna, salaku tekanan déposisi nurun, waktu tinggal gas réaksi téh pondok, laju réaksi slows turun, partikel jadi leutik, sarta palapis nu thinner, tapi tekanan déposisi boga pangaruh saeutik dina struktur kristal sarta komposisi palapis nu.
V. Trend ngembangkeun palapis tantalum carbide
Koéfisién ékspansi termal tina TaC (6.6 × 10−6K−1) rada béda ti bahan dumasar karbon kayaning grafit, serat karbon, jeung bahan komposit C/C, nu ngajadikeun hiji-fase palapis TaC rawan cracking jeung ragrag kaluar. Dina raraga jang meberkeun ngaronjatkeun ablasi jeung résistansi oksidasi, stabilitas mékanis-suhu luhur, sarta résistansi korosi kimia-suhu luhur tina coatings TaC, panalungtik geus dipigawé panalungtikan ngeunaan sistem palapis kayaning sistem palapis komposit, sistem palapis-ditingkatkeun solusi padet, jeung gradién. sistem palapis.
Sistem palapis komposit nyaéta pikeun nutup retakan tina hiji palapis tunggal. Biasana, palapis séjén diwanohkeun kana permukaan atanapi lapisan jero TaC pikeun ngabentuk sistem palapis komposit; solusi solid strengthening sistem palapis HfC, ZrC, jsb boga struktur kubik raray-dipuseurkeun sarua TaC, sarta dua carbide bisa infinitely leyur dina silih pikeun ngabentuk struktur solusi padet. Lapisan Hf (Ta) C henteu rengat sareng gaduh adhesi anu saé kana bahan komposit C / C. palapis ngabogaan kinerja anti ablation unggulan; sistem palapis gradién palapis gradién nujul kana konsentrasi komponén palapis sapanjang arah ketebalan na. Strukturna tiasa ngirangan setrés internal, ningkatkeun mismatch koefisien ékspansi termal, sareng ngahindarkeun retakan.
(II) Produk alat palapis karbida Tantalum
Numutkeun statistik sareng ramalan QYR (Hengzhou Bozhi), penjualan pasar palapis karbida tantalum global dina taun 2021 ngahontal US $ 1.5986 juta (teu kalebet produk alat palapis karbida tantalum anu diproduksi nyalira sareng nyalira), sareng éta masih di awal. tahapan pangwangunan industri.
1. cingcin ékspansi kristal sarta crucibles diperlukeun pikeun tumuwuh kristal: Dumasar 200 tungku tumuwuhna kristal per perusahaan, pangsa pasar alat coated TaC diperlukeun ku 30 pausahaan tumuwuhna kristal ngeunaan 4,7 miliar yuan.
2. trays TaC: Unggal baki bisa mawa 3 wafers, unggal baki bisa dipaké pikeun 1 bulan, jeung 1 baki dihakan pikeun unggal 100 wafers. 3 juta wafers merlukeun 30.000 TaC trays, unggal baki téh ngeunaan 20.000 lembar, sarta ngeunaan 600 juta diperlukeun unggal taun.
3. Skenario réduksi karbon séjén. Sapertos pinding tungku suhu luhur, nozzle CVD, pipa tungku, jsb, sakitar 100 juta.
waktos pos: Jul-02-2024