Kounye a, twazyèm jenerasyon semi-conducteurs domine pacarbure Silisyòm. Nan estrikti pri a nan aparèy li yo, substra a konte pou 47%, ak epitaksi a kont pou 23%. De ansanm kont pou anviwon 70%, ki se pati ki pi enpòtan nancarbure Silisyòmchèn endistri manifakti aparèy.
Metòd la souvan itilize pou preparecarbure Silisyòmsèl kristal se metòd PVT (transpò vapè fizik). Prensip la se fè matyè premyè yo nan yon zòn tanperati ki wo ak kristal grenn nan yon zòn tanperati relativman ba. Materyèl yo anvan tout koreksyon nan yon tanperati ki pi wo dekonpoze ak dirèkteman pwodui sibstans faz gaz san faz likid. Sibstans faz gaz sa yo transpòte nan kristal la pitit pitit anba kondwi a nan gradyan tanperati axial la, ak nucleate ak grandi nan kristal la pitit pitit yo fòme yon kristal sèl carbure Silisyòm. Kounye a, konpayi etranje tankou Cree, II-VI, SiCrystal, Dow ak konpayi domestik tankou Tianyue Advanced, Tianke Heda, ak Century Golden Core tout sèvi ak metòd sa a.
Gen plis pase 200 fòm kristal nan carbure Silisyòm, ak kontwòl trè presi oblije jenere fòm nan kristal sèl obligatwa (endikap la se fòm kristal 4H). Dapre prospectus Tianyue Advanced, pwodiksyon baton kristal konpayi an nan ane 2018-2020 ak H1 2021 yo te 41%, 38.57%, 50.73% ak 49.90% respektivman, ak pwodiksyon substra yo te 72.61%, 75.715%, 75.715% respektivman. Sede konplè a se kounye a sèlman 37.7%. Lè w pran metòd PVT endikap la kòm yon egzanp, sede ki ba a se sitou akòz difikilte sa yo nan preparasyon substrate SiC:
1. Difikilte nan kontwòl jaden tanperati: baton kristal SiC bezwen yo dwe pwodwi nan yon tanperati ki wo nan 2500 ℃, pandan y ap kristal Silisyòm sèlman bezwen 1500 ℃, se konsa espesyal founo kristal sèl yo oblije, ak tanperati a kwasans bezwen yo dwe jisteman kontwole pandan pwodiksyon an. , ki trè difisil pou kontwole.
2. Vitès pwodiksyon ralanti: To kwasans materyèl Silisyòm tradisyonèl yo se 300 mm pou chak èdtan, men kristal sèl carbure Silisyòm ka grandi sèlman 400 mikron pou chak èdtan, ki se prèske 800 fwa diferans lan.
3. Kondisyon segondè pou paramèt bon pwodwi, ak sede bwat nwa difisil pou kontwole nan tan: Paramèt debaz yo nan wafers SiC yo enkli dansite mikrotub, dansite debwatman, rezistivite, deformation, brutality sifas, elatriye Pandan pwosesis kwasans kristal, li se nesesè pou kontwole avèk presizyon paramèt tankou rapò Silisyòm-kabòn, gradyan tanperati kwasans, to kwasans kristal, ak presyon airflow. Sinon, enklizyon polimòfik yo gen anpil chans rive, sa ki lakòz kristal ki pa kalifye. Nan bwat nwa a nan kreze grafit la, li enposib yo obsève estati kwasans kristal la an tan reyèl, ak kontwòl trè presi tèmik jaden, matche materyèl, ak akimilasyon eksperyans yo mande yo.
4. Difikilte nan ekspansyon kristal: Anba metòd transpò faz gaz la, teknoloji ekspansyon kwasans kristal SiC trè difisil. Kòm gwosè kristal la ogmante, difikilte pou kwasans li yo ogmante eksponansyèlman.
5. Anjeneral ba sede: Sede ki ba sitou konpoze de de lyen: (1) Sede kristal baton = pwodiksyon baton kristal semi-kondiktè-klas / (semi-kondiktè-klas pwodiksyon baton kristal + pwodiksyon baton kristal ki pa semi-kondiktè-klas) × 100%; (2) Sede substra = pwodiksyon substrate kalifye / (pwodiksyon substrate kalifye + pwodiksyon substrate ki pa kalifye) × 100%.
Nan preparasyon an nan-wo kalite ak segondè-sedesubstrats carbure Silisyòm, nwayo a bezwen pi bon materyèl jaden tèmik pou kontwole avèk presizyon tanperati pwodiksyon an. Twous yo kreze jaden tèmik yo itilize kounye a se sitou gwo-pite pati estriktirèl grafit, ki yo itilize pou chofe ak fonn poud kabòn ak poud Silisyòm epi kenbe cho. Materyèl grafit yo gen karakteristik segondè fòs espesifik ak modil espesifik, bon rezistans chòk tèmik ak rezistans korozyon, men yo gen dezavantaj yo pou yo fasil oksidize nan anviwònman oksijèn wo-tanperati, pa rezistan a amonyak, ak pòv rezistans grate. Nan pwosesis la nan Silisyòm carbure kwasans sèl kristal akSilisyòm carbure epitaxial waferpwodiksyon, li difisil pou satisfè kondisyon de pli zan pli sevè moun pou itilize materyèl grafit, ki seryezman mete restriksyon sou devlopman li yo ak aplikasyon pratik. Se poutèt sa, kouch wo-tanperati tankou carbure Tantal yo te kòmanse parèt.
2. Karakteristik nanTantal Carbide Kouch
TaC seramik gen yon pwen k ap fonn jiska 3880 ℃, gwo dite (Mohs dite 9-10), gwo konduktiviti tèmik (22W·m-1·K-1), gwo fòs koube (340-400MPa), ak ti ekspansyon tèmik. koyefisyan (6.6 × 10−6K−1), epi li montre ekselan estabilite tèrmochimik ak ekselan pwopriyete fizik. Li gen bon konpatibilite chimik ak konpatibilite mekanik ak grafit ak C/C materyèl konpoze. Se poutèt sa, TaC kouch lajman ki itilize nan pwoteksyon tèmik aerospace, kwasans sèl kristal, elektwonik enèji, ak ekipman medikal.
TaC-kouvwigrafit gen pi bon rezistans chimik korozyon pase grafit fè oswa SiC-kouvwi grafit, yo ka itilize estab nan tanperati ki wo nan 2600 °, epi li pa reyaji ak anpil eleman metal. Li se pi bon kouch nan twazyèm jenerasyon semi-conducteurs sèl kristal kwasans ak scénarios gravure wafer. Li ka siyifikativman amelyore kontwòl tanperati ak enpurte nan pwosesis la ak preparebon jan kalite silisyòm carbure wafersak ki gen rapòwafers epitaksyal. Li espesyalman apwopriye pou grandi kristal sèl GaN oswa AlN ak ekipman MOCVD ak ap grandi kristal sèl SiC ak ekipman PVT, ak bon jan kalite a nan kristal yo grandi siyifikativman amelyore.
III. Avantaj nan Aparèy Tantal Carbide kouvwi
Itilize nan Tantal Carbide TaC kouch ka rezoud pwoblèm nan nan domaj kristal kwen ak amelyore kalite kwasans kristal. Li se youn nan direksyon teknik debaz yo nan "ap grandi vit, ap grandi epè, ak ap grandi lontan". Rechèch endistri yo te montre tou ke Tantal Carbide kouvwi Graphite Crucible ka reyalize chofaj plis inifòm, kidonk bay kontwòl pwosesis ekselan pou kwasans yon sèl kristal SiC, kidonk siyifikativman diminye pwobabilite pou fòmasyon polikristalin nan kwen an nan kristal SiC. Anplis de sa, Tantal Carbide Graphite Coating gen de gwo avantaj:
(I) Diminye Defo SiC
An tèm de kontwole domaj SiC kristal sèl, anjeneral gen twa fason enpòtan. Anplis de sa nan optimize paramèt kwasans ak bon jan kalite materyèl sous (tankou SiC poud sous), lè l sèvi avèk Tantal Carbide kouvwi Graphite Crucible kapab tou reyalize bon kalite kristal.
Dyagram chema kreze grafit konvansyonèl (a) ak kreze kouvwi TAC (b)
Dapre rechèch ki fèt nan University of Eastern Europe nan Kore di, enpurte prensipal la nan kwasans kristal SiC se nitwojèn, ak carbure Tantal kouvwi grafit kreze ka efektivman limite enkòporasyon nitwojèn nan kristal SiC, kidonk diminye jenerasyon an nan domaj tankou mikropip ak amelyore kristal. bon jan kalite. Etid yo te montre ke nan menm kondisyon yo, konsantrasyon konpayi asirans nan SiC wafers grandi nan kreze grafit konvansyonèl ak TAC kouvwi kreze yo apeprè 4.5 × 1017 / cm ak 7.6 × 1015 / cm, respektivman.
Konparezon defo nan kristal sèl SiC grandi nan kreze grafit konvansyonèl (a) ak kreze kouvwi TAC (b)
(II) Amelyore lavi a nan kreze grafit
Kounye a, pri a nan kristal SiC te rete wo, nan ki pri a nan grafit consommables kont pou apeprè 30%. Kle a pou redwi pwi graphite consommables se pou ogmante lavi sèvis li. Dapre done ki sòti nan yon ekip rechèch Britanik, penti carbure Tantal ka pwolonje lavi sa a ki sèvis nan eleman grafit pa 30-50%. Dapre kalkil sa a, sèlman ranplase grafit la carbure Tantal kouvwi ka diminye pri a nan kristal SiC pa 9% -15%.
4. Tantal carbure kouch preparasyon pwosesis
Metòd preparasyon kouch TaC ka divize an twa kategori: metòd faz solid, metòd faz likid ak metòd faz gaz. Metòd faz solid la sitou gen ladan metòd rediksyon ak metòd chimik; metòd faz likid la gen ladan metòd sèl fonn, metòd sol-jèl (Sol-Gel), metòd sispansyon-sintering, metòd flite plasma; metòd faz gaz la gen ladan depo vapè chimik (CVD), enfiltrasyon vapè chimik (CVI) ak depo vapè fizik (PVD). Metòd diferan gen pwòp avantaj ak dezavantaj yo. Pami yo, CVD se yon metòd relativman matirite ak lajman itilize pou prepare kouch TaC. Avèk amelyorasyon kontinyèl nan pwosesis la, yo te devlope nouvo pwosesis tankou depo vapè chimik fil cho ak travès iyon asistans depo chimik vapè.
TaC kouch modifye materyèl kabòn ki baze sou sitou gen ladan grafit, fib kabòn, ak materyèl konpoze kabòn / kabòn. Metòd yo pou prepare TaC kouch sou grafit gen ladan plasma flite, CVD, sispansyon SINTERING, elatriye.
Avantaj nan metòd CVD: Metòd CVD pou prepare kouch TaC baze sou Tantal Halogen (TaX5) kòm sous Tantal ak idrokarbone (CnHm) kòm sous kabòn. Anba sèten kondisyon, yo dekonpoze an Ta ak C respektivman, ak Lè sa a, reyaji youn ak lòt pou jwenn TaC kouch. Metòd CVD a ka te pote soti nan yon tanperati ki pi ba, sa ki ka evite domaj ak redwi pwopriyete mekanik ki te koze pa preparasyon wo-tanperati oswa tretman nan kouch nan yon sèten limit. Konpozisyon an ak estrikti nan kouch la kontwole, epi li gen avantaj ki genyen nan pite segondè, segondè dansite, ak epesè inifòm. Sa ki pi enpòtan, konpozisyon an ak estrikti nan kouch TaC prepare pa CVD ka fèt ak fasil kontwole. Li se yon metòd relativman matirite ak lajman itilize pou prepare bon jan kalite kouch TaC.
Faktè debaz yo enfliyanse nan pwosesis la enkli:
A. Pousantaj gaz (sous tantal, gaz idrokarbone kòm sous kabòn, gaz transpòtè, gaz dilution Ar2, diminye gaz H2): Chanjman nan pousantaj koule gaz gen yon gwo enfliyans sou jaden tanperati a, jaden presyon, ak jaden koule gaz nan chanm reyaksyon an, sa ki lakòz chanjman nan konpozisyon, estrikti, ak pèfòmans nan kouch la. Ogmante pousantaj koule Ar a pral ralanti to kwasans kouch la epi redwi gwosè grenn lan, pandan y ap rapò mas molè TaCl5, H2, ak C3H6 afekte konpozisyon kouch la. Rapò molè H2 ak TaCl5 se (15-20): 1, ki pi apwopriye. Rapò molè TaCl5 ak C3H6 teyorikman pre 3:1. Twòp TaCl5 oswa C3H6 pral lakòz fòmasyon nan Ta2C oswa kabòn gratis, ki afekte bon jan kalite a nan wafer la.
B. Tanperati depo: Plis tanperati depo a pi wo, pi vit pousantaj depo a, se pi gwo gwosè grenn lan, ak pi graj kouch la. Anplis de sa, tanperati a ak vitès dekonpozisyon idrokarbone nan C ak TaCl5 dekonpozisyon nan Ta yo diferan, ak Ta ak C gen plis chans yo fòme Ta2C. Tanperati gen yon gwo enfliyans sou TaC kouch modifye materyèl kabòn. Kòm tanperati depozisyon an ogmante, pousantaj depo a ogmante, gwosè patikil la ogmante, ak fòm patikil la chanje soti nan esferik a polièdrik. Anplis de sa, pi wo tanperati depozisyon an, pi vit dekonpozisyon TaCl5, mwens gratis C a pral, pi gwo estrès la nan kouch la, ak fant yo pral fasil pwodwi. Sepandan, tanperati depo ki ba ap mennen nan pi ba efikasite depo kouch, pi long tan depo, ak pi wo pri materyèl bwit.
C. Presyon depozisyon: Presyon depozisyon an se pre relasyon ak enèji gratis nan sifas materyèl la epi li pral afekte tan rezidans gaz la nan chanm reyaksyon an, kidonk afekte vitès la nukleasyon ak gwosè patikil nan kouch la. Kòm presyon depozisyon an ogmante, tan rezidans gaz la vin pi long, reyaktif yo gen plis tan pou yo sibi reyaksyon nucleation, to reyaksyon an ogmante, patikil yo vin pi gwo, ak kouch la vin pi epè; Kontrèman, kòm presyon an depo diminye, tan an rezidans gaz reyaksyon se kout, to reyaksyon an ralanti, patikil yo vin pi piti, ak kouch la se mens, men presyon an depo gen ti efè sou estrikti nan kristal ak konpozisyon nan kouch la.
V. Tandans devlopman nan kouch carbure Tantal
Koyefisyan ekspansyon tèmik TaC (6.6 × 10−6K−1) se yon ti jan diferan de materyèl ki baze sou kabòn tankou grafit, fib kabòn, ak C/C materyèl konpoze, ki fè kouch TaC yon sèl-faz ki gen tandans fann ak. tonbe. Yo nan lòd yo amelyore plis rezistans nan ablation ak oksidasyon, estabilite mekanik wo-tanperati, ak segondè-tanperati rezistans chimik korozyon nan kouch TaC, chèchè yo te fè rechèch sou sistèm kouch tankou sistèm kouch konpoze, sistèm kouch solid ki amelyore solisyon, ak gradyan. sistèm kouch.
Sistèm nan kouch konpoze se fèmen fant yo nan yon kouch sèl. Anjeneral, lòt kouch yo prezante nan sifas oswa kouch enteryè TaC pou fòme yon sistèm kouch konpoze; solisyon an solid ranfòse kouch sistèm HfC, ZrC, elatriye gen menm estrikti kib fas ak TaC, ak de carbures yo ka enfiniman idrosolubl youn ak lòt yo fòme yon estrikti solisyon solid. Kouch Hf(Ta)C a pa gen krak e li gen bon adezyon ak materyèl konpoze C/C. Kouch la gen ekselan pèfòmans anti-ablation; sistèm kouch gradyan kouch gradyan an refere a konsantrasyon nan eleman kouch nan direksyon epesè li yo. Estrikti a ka diminye estrès entèn, amelyore dezakò nan koyefisyan ekspansyon tèmik, epi evite fant.
(II) Tantal carbure plak blanch aparèy pwodwi
Dapre estatistik yo ak prévisions QYR (Hengzhou Bozhi), lavant mondyal Tantal carbure kouch mache a nan 2021 te rive nan 1,5986 milyon dola ameriken (eksepte pwodwi aparèy kouch carbure Tantal Cree ki te pwodwi ak pwòp tèt ou apwovizyone), epi li toujou byen bonè. etap devlopman endistri yo.
1. Crystal ekspansyon bag ak crucibles ki nesesè pou kwasans kristal: Ki baze sou 200 gwo founo kwasans kristal pou chak antrepriz, pati nan mache nan aparèy TaC kouvwi ki nesesè pa 30 konpayi kwasans kristal se sou 4.7 milya dola Yuan.
2. Plato TaC: Chak plato ka pote 3 wafers, chak plato ka itilize pou 1 mwa, ak 1 plato konsome pou chak 100 gaufret. 3 milyon wafers mande pou 30,000 plato TaC, chak plato se apeprè 20,000 moso, ak apeprè 600 milyon dola yo bezwen chak ane.
3. Lòt senaryo rediksyon kabòn. Tankou gwo-tanperati pawa gwo founo dife, bouch CVD, tiyo gwo founo dife, elatriye, apeprè 100 milyon dola.
Lè poste: 02-Jul-2024