فرآیند پوشش CVD TaC برای رشد تک کریستال SiC در پردازش نیمه هادی با چه چالش هایی مواجه است؟

مقدمه

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، ارتباطات 5G و سایر زمینه ها، الزامات عملکرد دستگاه های الکترونیکی قدرت در حال افزایش است. کاربید سیلیکون (SiC) به عنوان نسل جدیدی از مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده، با خواص الکتریکی عالی و پایداری حرارتی، به ماده ترجیحی برای دستگاه های الکترونیکی قدرت تبدیل شده است. با این حال، روند رشد تک بلورهای SiC با چالش‌های زیادی مواجه است که در این میان عملکرد مواد میدان حرارتی یکی از عوامل کلیدی است. به عنوان یک نوع جدید از مواد میدان حرارتی، پوشش CVD TaC به دلیل مقاومت عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری شیمیایی، راهی موثر برای حل مشکل رشد تک کریستال SiC شده است. این مقاله عمیقاً مزایا، ویژگی‌های فرآیند و چشم‌انداز کاربرد پوشش CVD TaC در رشد تک کریستال SiC را بررسی می‌کند.

پیش زمینه

1.

مواد کریستالی SIC در محیط های درجه حرارت بالا ، فشار بالا و فرکانس بالا عملکرد خوبی دارند و به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی ، انرژی های تجدید پذیر و منبع تغذیه با راندمان بالا مورد استفاده قرار می گیرند. طبق تحقیقات بازار ، انتظار می رود که اندازه بازار SIC تا سال 2030 به 9 میلیارد دلار برسد و میانگین رشد سالانه بیش از 20 ٪ باشد. عملکرد برتر SIC آن را به پایه و اساس مهمی برای نسل بعدی دستگاه های الکترونیکی برق تبدیل می کند. با این حال ، در طول رشد کریستال های تک SIC ، مواد میدان حرارتی با آزمایش محیط های شدید مانند دمای بالا ، فشار بالا و گازهای خورنده روبرو هستند. مواد میدان حرارتی سنتی مانند گرافیت و کاربید سیلیکون به راحتی در دماهای بالا اکسیده و تغییر شکل می شوند و با جو رشد واکنش نشان می دهند و بر کیفیت کریستال تأثیر می گذارد.

2. اهمیت پوشش CVD TAC به عنوان یک ماده میدان حرارتی

پوشش CVD TAC می تواند پایداری عالی در محیط های با درجه حرارت بالا و خورنده داشته باشد و آن را به یک ماده ضروری برای رشد کریستال های تک SIC تبدیل کند. مطالعات نشان داده اند که پوشش TAC می تواند عمر خدمات مواد میدان حرارتی را به طور مؤثر گسترش داده و کیفیت کریستال های SIC را بهبود بخشد. پوشش TAC می تواند در شرایط شدید تا 2300 stable پایدار بماند و از اکسیداسیون بستر و خوردگی شیمیایی جلوگیری شود.

بررسی اجمالی موضوع

1. اصول اولیه و مزایای پوشش CVD TaC

پوشش CVD TaC از واکنش و رسوب یک منبع تانتالیوم (مانند TaCl5) با منبع کربن در دمای بالا تشکیل می شود و دارای مقاومت عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و چسبندگی خوب است. ساختار پوشش متراکم و یکنواخت آن می تواند به طور موثری از اکسیداسیون بستر و خوردگی شیمیایی جلوگیری کند.

2. چالش های فنی فرآیند پوشش CVD TAC

اگرچه پوشش CVD TaC مزایای زیادی دارد، اما هنوز چالش‌های فنی در فرآیند تولید آن وجود دارد، مانند کنترل خلوص مواد، بهینه‌سازی پارامتر فرآیند و چسبندگی پوشش.

قسمت اول: نقش اصلی پوشش CVD TAC

● مقاومت در برابر دمای بالا

نقطه ذوب TAC و ثبات ترموشیمیایی: TAC دارای نقطه ذوب بیش از 3000 ℃ است که باعث می شود در دماهای شدید پایدار باشد ، که برای رشد کریستال تک SIC بسیار مهم است.

عملکرد در محیط های درجه حرارت شدید در طول رشد کریستال SIC **: مطالعات نشان داده اند که پوشش TAC می تواند به طور موثری از اکسیداسیون بستر در محیط های درجه حرارت بالا 900-2300 جلوگیری کند ، در نتیجه از کیفیت کریستال های SIC اطمینان حاصل می کند.

resing مقاومت در برابر خوردگیتون

اثر محافظتی پوشش TAC بر فرسایش شیمیایی در محیط های واکنش کاربید سیلیکون: TAC می تواند به طور موثری فرسایش واکنش دهنده ها مانند Si و Sic₂ را در بستر مسدود کند و عمر سرویس مواد میدان حرارتی را گسترش دهد.

● الزامات سازگاری و دقت

ضرورت در یکنواختی پوشش و کنترل ضخامت: ضخامت پوشش یکنواخت برای کیفیت کریستال بسیار مهم است و هر نوع ناهمواری ممکن است منجر به غلظت تنش حرارتی و تشکیل ترک شود.

پوشش کاربید Tantalum (TAC) در مقطع میکروسکوپی

بخش دوم: چالش های اصلی فرآیند پوشش CVD TaC

●  کنترل منبع و خلوص مواد

مسائل مربوط به هزینه و زنجیره تأمین مواد اولیه Tantalum با خلوص بالا: قیمت مواد اولیه Tantalum بسیار نوسان دارد و عرضه ناپایدار است و این بر هزینه تولید تأثیر می گذارد.

چگونه ناخالصی های موجود در مواد بر عملکرد پوشش تأثیر می گذارد: ناخالصی ها می توانند عملکرد پوشش را بدتر کنند و در نتیجه بر کیفیت کریستال های SiC تأثیر بگذارند.

●  بهینه‌سازی پارامتر فرآیند

کنترل دقیق دمای پوشش ، فشار و جریان گاز: این پارامترها تأثیر مستقیمی بر کیفیت پوشش دارند و برای اطمینان از بهترین اثر رسوب ، باید به صورت ریز تنظیم شوند.

نحوه جلوگیری از نقص پوشش در بسترهای منطقه بزرگ: نقص در هنگام رسوب منطقه بزرگ مستعد است و برای نظارت و تنظیم فرآیند رسوب باید وسایل فنی جدید ایجاد شود.

● چسبندگی پوشش

مشکلات در بهینه سازی عملکرد چسبندگی بین پوشش TaC و زیرلایه: تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین مواد مختلف ممکن است منجر به جدا شدن باند شود و برای افزایش چسبندگی به بهبود در چسب ها یا فرآیندهای رسوب گذاری نیاز است.

خطرات بالقوه و اقدامات متقابل جداسازی پوشش: جدا کردن باند ممکن است منجر به تلفات تولید شود، بنابراین لازم است چسب های جدید ایجاد شود یا از مواد کامپوزیتی برای افزایش استحکام اتصال استفاده شود.

● تعمیر و نگهداری تجهیزات و پایداری فرآیند

پیچیدگی و هزینه نگهداری تجهیزات فرآیند CVD: تجهیزات گران و نگهداری آن دشوار است و این باعث افزایش هزینه کلی تولید می شود.

مسائل سازگاری در عملکرد فرآیند بلند مدت: عملکرد طولانی مدت ممکن است باعث نوسانات عملکرد شود و برای اطمینان از قوام ، تجهیزات به طور مرتب کالیبره می شوند.

protection حفاظت از محیط زیست و کنترل هزینه

درمان فرآورده های جانبی (مانند کلریدها) در حین پوشش: برای رعایت استانداردهای حفاظت از محیط زیست ، گاز زباله باید به طور مؤثر درمان شود ، که این باعث افزایش هزینه های تولید می شود.

نحوه تعادل با عملکرد بالا و مزایای اقتصادی: کاهش هزینه های تولید ضمن اطمینان از کیفیت پوشش ، یک چالش مهم پیش روی صنعت است.

قسمت سوم: راه حل های صنعت و تحقیقات مرزی

● فناوری بهینه سازی فرآیند جدید

برای دستیابی به دقت بالاتر از الگوریتم های کنترل CVD پیشرفته استفاده کنید: از طریق بهینه سازی الگوریتم ، میزان رسوب و یکنواختی می تواند بهبود یابد و در نتیجه باعث افزایش کارایی تولید می شود.

معرفی فرمول های جدید گاز یا مواد افزودنی برای بهبود عملکرد پوشش: مطالعات نشان داده اند که اضافه کردن گازهای خاص می تواند چسبندگی پوشش و خصوصیات آنتی اکسیدانی را بهبود بخشد.

accu های دستیابی به موفقیت در تحقیقات و توسعه مادی

بهبود عملکرد TaC توسط فناوری پوشش نانوساختار: نانوساختارها می‌توانند به طور قابل توجهی سختی و مقاومت در برابر سایش پوشش‌های TaC را بهبود بخشند و در نتیجه عملکرد آن‌ها را در شرایط سخت افزایش دهند.

مواد پوشش جایگزین مصنوعی (مانند سرامیک های کامپوزیت): مواد کامپوزیتی جدید ممکن است عملکرد بهتری داشته باشند و هزینه های تولید را کاهش دهند.

●  کارخانه‌های اتوماسیون و دیجیتال

نظارت بر فرآیند با کمک هوش مصنوعی و فناوری سنسور: نظارت بر زمان واقعی می تواند پارامترهای فرآیند را در زمان تنظیم کرده و راندمان تولید را بهبود بخشد.

بهبود راندمان تولید و در عین حال کاهش هزینه ها: فناوری اتوماسیون می تواند مداخله دستی را کاهش دهد و کارایی کلی تولید را بهبود بخشد.