Am Moment ass déi drëtt Generatioun vun Hallefleit dominéiert vunSiliziumkarbid. An der Käschtestruktur vun hiren Apparater ass de Substrat 47%, an d'Epitaxie stellt 23%. Déi zwee zesummen maachen ongeféier 70% aus, wat de wichtegsten Deel vun derSiliziumkarbidApparat Fabrikatioun Industrie Kette.
Déi allgemeng benotzt Method fir ze preparéierenSiliziumkarbideenzeg Kristalle ass d'PVT (physesch Damptransport) Method. De Prinzip ass d'Rohmaterialien an enger Héichtemperaturzone ze maachen an de Somkristall an enger relativ niddereger Temperaturzone. D'Rohmaterialien bei enger méi héijer Temperatur zersetzen an direkt Gasphase Substanzen ouni flësseg Phase produzéieren. Dës Gasphase Substanzen ginn an de Keimkristall ënner der Fuerderung vum axiale Temperaturgradient transportéiert, an nukleéieren a wuessen um Keimkristall fir e Siliziumkarbid Eenkristall ze bilden. Am Moment benotzen auslännesch Firmen wéi Cree, II-VI, SiCrystal, Dow an Hausfirmen wéi Tianyue Advanced, Tianke Heda, an Century Golden Core all dës Method.
Et gi méi wéi 200 Kristallforme vu Siliziumkarbid, a ganz präzis Kontroll ass erfuerderlech fir déi erfuerderlech Eenkristallform ze generéieren (den Mainstream ass 4H Kristallform). Geméiss dem Prospekt vum Tianyue Advanced waren d'Kristallstaben vun der Firma am Joer 2018-2020 an H1 2021 41%, 38,57%, 50,73% respektiv 49,90%, an d'Substratrendementer waren 72,51% respektiv 72,51%, 4,71% respektiv 7,71%. ly. De Comprehensive Yield ass de Moment nëmmen 37,7%. Wann Dir d'Mainstream PVT Method als e Beispill hëlt, ass déi niddereg Ausbezuelung haaptsächlech wéinst de folgende Schwieregkeeten an der SiC Substrat Virbereedung:
1. Schwieregkeeten an der Temperaturfeldkontrolle: SiC Kristallstäben musse bei enger héijer Temperatur vu 2500 ℃ produzéiert ginn, während Siliziumkristalle nëmmen 1500 ℃ brauchen, sou datt speziell Eenkristalluewen erfuerderlech sinn, an d'Wuesstemperatur muss präzis kontrolléiert ginn während der Produktioun , déi extrem schwéier ze kontrolléieren ass.
2. Luesen Produktiounsgeschwindegkeet: De Wuesstumsrate vun traditionelle Siliziummaterialien ass 300 mm pro Stonn, awer Siliziumkarbid Eenkristallen kënnen nëmme 400 Mikron pro Stonn wuessen, wat bal 800 Mol den Ënnerscheed ass.
3. Héich Viraussetzunge fir gutt Produktparameter, a Blackbox-Ausbezuelung ass schwéier an der Zäit ze kontrolléieren: D'Kärparameter vu SiC-Waferen beinhalt d'Mikrotubedicht, d'Dislokatiounsdicht, d'Resistivitéit, d'Kräizung, d'Uewerflächenrauheet, asw. néideg fir präzis Parameteren wéi Silizium-Kuelestoff Verhältnis, Wuesstumstemperaturgradient, Kristallwachstumsrate, a Loftflossdrock präzis ze kontrolléieren. Soss gi polymorphesch Inklusiounen méiglecherweis optrieden, wat zu onqualifizéierte Kristalle resultéiert. An der schwaarzer Këscht vun der GRAPHITE Kéis ass et onméiglech, de Kristallwachstumsstatus an Echtzäit ze beobachten, a ganz präzis thermesch Feldkontroll, Materialpassung an Erfarungsakkumulatioun sinn erfuerderlech.
4. Schwieregkeeten an der Kristallexpansioun: Ënnert der Gasphase Transportmethod ass d'Expansiounstechnologie vum SiC Kristallwachstum extrem schwéier. Wéi d'Kristallgréisst eropgeet, erhéicht seng Wuesstumsschwieregkeet exponentiell.
5. Allgemeng niddereg Ausbezuele: Niddereg Ausbezuele besteet haaptsächlech aus zwee Linken: (1) Kristallstab Ausbezuelung = Halbleiter-Grad Kristallstaboutput / (Halbleiter-Grad Kristallstabenausgang + Net-Halbleiter-Grad Kristallstabenausgang) × 100%; (2) Substrat Ausbezuele = qualifizéiert Substratausgang / (qualifizéiert Substratausgang + onqualifizéiert Substratausgang) × 100%.
An der Virbereedung vu qualitativ héichwäerteg an héichwäertegSiliziumkarbidsubstrater, de Kär brauch besser thermesch Feldmaterialien fir d'Produktiounstemperatur genau ze kontrolléieren. Déi aktuell benotzt thermesch Feld-Kräizkits sinn haaptsächlech héich-Purity-Graphit-Strukturdeeler, déi benotzt gi fir Kuelepudder a Siliziumpulver ze waarm a schmëlzen a waarm ze halen. Graphite Materialien hunn d'Charakteristiken vun héich spezifesch Kraaft a spezifesche Modulus, gutt thermesch Schock Resistenz an corrosion Resistenz, mä si hunn d'Nodeeler vun liicht oxydéiert an héich-Temperatur Sauerstoff Ëmfeld, net resistent géint Ammoniak, a schlecht Schrummen Resistenz. Am Prozess vun Silicon Carbide Eenkristallwachstum anSiliciumcarbid epitaxial WaferProduktioun, ass et schwéier Leit ëmmer méi streng Ufuerderunge fir de Gebrauch vun GRAPHITE Material ze treffen, déi eescht seng Entwécklung a praktesch Applikatioun limitéiert. Dofir sinn Héichtemperaturbeschichtungen wéi Tantalkarbid ugefaang ze entstoen.
2. Charakteristiken vunTantal Carbide Beschichtung
TaC Keramik huet e Schmelzpunkt vu bis zu 3880 ℃, héich Häert (Mohs Härheet 9-10), grouss thermesch Konduktivitéit (22W·m-1·K−1), grouss Béiekraaft (340-400MPa), a kleng thermesch Expansioun Koeffizient (6,6 × 10-6K-1), a weist excellent thermochemical Stabilitéit an excellent kierperlech Eegeschafte. Et huet gutt chemesch Kompatibilitéit a mechanesch Kompatibilitéit mat Grafit a C / C Kompositmaterialien. Dofir gëtt TaC Beschichtung wäit benotzt am Raumfaart-thermesche Schutz, Eenkristallwachstum, Energieelektronik a medizinescht Ausrüstung.
TaC-beschichteteGraphit huet besser chemesch Korrosiounsbeständegkeet wéi blo Grafit oder SiC-beschichtete Grafit, kann stabil bei héijen Temperaturen vun 2600 ° benotzt ginn, a reagéiert net mat ville Metallelementer. Et ass déi bescht Beschichtung an der drëtter Generatioun Hallefleiter Eenkristallwachstum a Wafer Ätzen Szenarien. Et kann d'Kontroll vun Temperatur an Gëftstoffer am Prozess wesentlech verbesseren a preparéierenqualitativ héichwäerteg Siliciumcarbid Wafersan Zesummenhangepitaxial wafers. Et ass besonnesch gëeegent fir GaN oder AlN Eenkristallen mat MOCVD Ausrüstung ze wuessen a SiC Eenkristallen mat PVT Ausrüstung ze wuessen, an d'Qualitéit vun de erwuessene Eenkristallen ass wesentlech verbessert.
III. Virdeeler vun Tantal Carbide Beschichtete Apparater
D'Benotzung vun Tantalum Carbide TaC Beschichtung kann de Problem vu Kristallranddefekte léisen an d'Qualitéit vum Kristallwachstum verbesseren. Et ass eng vun de Kär technesch Richtungen vun "séier wuessen, décke wuessen, a laang wuessen". Industriefuerschung huet och gewisen datt Tantalum Carbide Beschichtete Graphit Crucible méi eenheetlech Heizung erreechen kann, doduerch eng exzellente Prozesskontrolle fir SiC Eenkristallwachstum ubidden, sou datt d'Wahrscheinlechkeet vun der polykristalliner Bildung um Rand vu SiC Kristalle wesentlech reduzéiert gëtt. Zousätzlech huet Tantal Carbide Graphite Beschichtung zwee grouss Virdeeler:
(I) Reduktioun SiC Mängel
Am Sënn vun der Kontroll vun SiC Eenkristalldefekter ginn et normalerweis dräi wichteg Weeër. Zousätzlech fir Wuesstumsparameter a qualitativ héichwäerteg Quellmaterialien (wéi SiC Quellepulver) ze optimiséieren, kann Tantalum Carbide Beschichtete Graphit Crucible och eng gutt Kristallqualitéit erreechen.
Schematesch Diagramm vun konventionelle GRAPHITE Kéis (a) an TAC Beschichtete Kéis (b)
Laut Fuerschung vun der Universitéit vun Osteuropa a Korea ass d'Haaptgëftegkeet am SiC Kristallwachstum Stickstoff, an Tantalkarbid-beschichtete Grafit-Kräizelen kënnen effektiv d'Stickstoffinkorporatioun vu SiC-Kristalle limitéieren, an doduerch d'Generatioun vu Mängel wéi Mikropipen reduzéieren an d'Kristall verbesseren Qualitéit. D'Studien hu gewisen datt ënner de selwechte Bedéngungen d'Trägerkonzentratioune vu SiC Waferen, déi a konventionelle Graphit-Kräizen an TAC-beschichtete Kruebele gewuess sinn, ongeféier 4,5 × 1017 / cm an 7,6 × 1015 / cm sinn, respektiv.
Verglach vu Mängel a SiC Eenkristallen, déi a konventionelle Grafit-Kräizelen ugebaut ginn (a) an TAC-beschichtete Kreeselen (b)
(II) Verbesserung vun der Liewensdauer vun GRAPHITE Crucibles
De Moment sinn d'Käschte vu SiC-Kristallen héich bliwwen, vun deenen d'Käschte vu Graphitverbrauchsmaterial ongeféier 30% ausmaachen. De Schlëssel fir d'Käschte vu Graphit Verbrauchsmaterial ze reduzéieren ass säi Liewensdauer ze erhéijen. Laut Daten vun enger britescher Fuerschungsteam kënnen Tantalkarbidbeschichtungen d'Liewensdauer vu Graphitkomponenten ëm 30-50% verlängeren. Laut dëser Berechnung kann nëmmen d'Tantalkarbid-beschichtete Grafit ersetzen d'Käschte vu SiC-Kristalle ëm 9% -15%.
4. Tantalkarbidbeschichtungspreparatiounsprozess
TaC Beschichtungspräparatiounsmethoden kënnen an dräi Kategorien opgedeelt ginn: Festphase Method, Flëssegphase Method a Gasphase Method. Déi zolidd Phase Method enthält haaptsächlech Reduktiounsmethod a chemesch Method; D'Flëssegkeetsphasemethod enthält geschmollte Salzmethod, Sol-Gel-Methode (Sol-Gel), Schlamm-Sintering-Methode, Plasma-Spraymethod; D'Gasphasemethod enthält chemesch Dampdepositioun (CVD), chemesch Dampinfiltratioun (CVI) a kierperlech Dampdepositioun (PVD). Verschidde Methoden hunn hir eegen Virdeeler an Nodeeler. Ënner hinnen ass CVD eng relativ reife a wäit benotzt Method fir TaC Beschichtungen ze preparéieren. Mat der kontinuéierlecher Verbesserung vum Prozess sinn nei Prozesser wéi waarm Drot chemesch Dampdepositioun an Ionenstrahl assistéiert chemesch Dampdepositioun entwéckelt.
TaC Beschichtung modifizéiert Kuelestoffbaséiert Materialien enthalen haaptsächlech Grafit, Kuelestofffaser a Kuelestoff / Kuelestoff Kompositmaterialien. D'Methoden fir TaC Beschichtungen op Grafit virzebereeden enthalen Plasma Sprayen, CVD, Schlamm Sintering, etc.
Virdeeler vun der CVD Method: D'CVD Method fir TaC Beschichtungen ze preparéieren baséiert op Tantalhalogenid (TaX5) als Tantalquell a Kuelewaasserstoff (CnHm) als Kuelestoffquell. Ënner bestëmmte Konditioune gi se an Ta respektiv C zerfall, a reagéiere dann matenee fir TaC Beschichtungen ze kréien. D'CVD-Methode kann bei enger méi niddereger Temperatur duerchgefouert ginn, wat Mängel a reduzéierter mechanesch Eegeschafte vermeide kann duerch Héichtemperaturpräparatioun oder Behandlung vu Beschichtungen zu engem gewësse Mooss. D'Zesummesetzung an d'Struktur vun der Beschichtung si kontrolléierbar, an et huet d'Virdeeler vun héijer Rengheet, héijer Dicht an eenheetlecher Dicke. Méi wichteg ass d'Zesummesetzung an d'Struktur vun TaC-Beschichtungen, déi vu CVD virbereet sinn, entworf a liicht kontrolléiert ginn. Et ass eng relativ reife a wäit benotzt Method fir héichqualitativ TaC Beschichtungen ze preparéieren.
D'Haaptbeaflossungsfaktoren vum Prozess enthalen:
A. Gasflossquote (Tantalquell, Kuelewaasserstoffgas als Kuelestoffquell, Trägergas, Verdünnungsgas Ar2, Reduktiounsgas H2): D'Verännerung vum Gasflussquote huet e groussen Afloss op d'Temperaturfeld, Drockfeld a Gasflossfeld an d'Reaktiounskammer, wat zu Ännerungen an der Zesummesetzung, der Struktur an der Leeschtung vun der Beschichtung resultéiert. D'Erhéijung vun der Ar Flowrate wäert de Beschichtungswuesstem verlangsamen an d'Korngréisst reduzéieren, während de molare Masseverhältnis vun TaCl5, H2 an C3H6 d'Beschichtungskompositioun beaflosst. D'molar Verhältnis vun H2 zu TaCl5 ass (15-20): 1, déi méi gëeegent ass. De molare Verhältnis vun TaCl5 op C3H6 ass theoretesch no bei 3:1. Exzessiv TaCl5 oder C3H6 wäert d'Bildung vu Ta2C oder fräi Kuelestoff verursaachen, wat d'Qualitéit vum Wafer beaflosst.
B. Oflagerungstemperatur: Wat méi héich ass d'Oflagerungstemperatur, dest méi séier ass d'Oflagerungsquote, dest méi grouss d'Korngréisst, an dest méi rau d'Beschichtung. Zousätzlech sinn d'Temperatur an d'Geschwindegkeet vun der Kuelewaasserstoff Zersetzung an C an TaCl5 Zersetzung an Ta anescht, an Ta a C si méi wahrscheinlech Ta2C ze bilden. Temperatur huet e groussen Afloss op TaC Beschichtung modifizéiert Kuelestoffmaterialien. Wéi d'Oflagerungstemperatur eropgeet, erhéicht den Oflagerungsquote, d'Partikelgréisst erhéicht, an d'Partikelform ännert sech vu Kugel op polyhedral. Ausserdeem, wat méi héich d'Oflagerungstemperatur ass, wat méi séier d'Zersetzung vun TaCl5 ass, wat manner fräi C wäert sinn, wat de Stress an der Beschichtung méi grouss ass, a Rëss ginn liicht generéiert. Wéi och ëmmer, niddereg Oflagerungstemperatur féiert zu enger méi niddereger Beschichtungsdepositiounseffizienz, méi laang Oflagerungszäit a méi héije Rohmaterialkäschten.
C. Oflagerungsdrock: Oflagerungsdruck ass enk mat der fräier Energie vun der Materialfläch verbonnen a wäert d'Gasresidenzzäit an der Reaktiounskammer beaflossen, doduerch d'Nukleatiounsgeschwindegkeet an d'Partikelgréisst vun der Beschichtung beaflossen. Wéi den Oflagerungsdrock eropgeet, gëtt d'Gasresidenzzäit méi laang, d'Reaktanten hu méi Zäit fir Nukleatiounsreaktiounen ze maachen, d'Reaktiounsquote erhéicht, d'Partikele ginn méi grouss an d'Beschichtung gëtt méi déck; Ëmgekéiert, wéi den Oflagerungsdrock erofgeet, ass d'Reaktiounsgasresidenzzäit kuerz, d'Reaktiounsquote verlangsamt, d'Partikel ginn méi kleng, an d'Beschichtung ass méi dënn, awer den Oflagerungsdrock huet wéineg Effekt op d'Kristallstruktur an d'Zesummesetzung vun der Beschichtung.
V. Entwécklung Trend vun Tantal Carbide Beschichtung
Den thermesche Expansiounskoeffizient vum TaC (6,6 × 10−6K−1) ass e bëssen anescht wéi dee vu Kuelestoffbaséierte Materialien wéi Grafit, Kuelestofffaser a C/C Kompositmaterialien, wat eenzeg-Phase TaC Beschichtungen ufälleg mécht fir ze knacken an falen of. Fir d'Ablatioun an d'Oxidatiounsresistenz, d'Héichtemperatur-mechanesch Stabilitéit an d'Héichtemperatur-chemesch Korrosiounsbeständegkeet vun TaC-Beschichtungen weider ze verbesseren, hunn d'Fuerscher Fuerschung iwwer Beschichtungssystemer wéi Kompositbeschichtungssystemer, zolidd Léisungsverbesserte Beschichtungssystemer a Gradient gemaach. Beschichtungssystemer.
De Kompositbeschichtungssystem ass fir d'Risse vun enger eenzeger Beschichtung zouzemaachen. Normalerweis ginn aner Beschichtungen an d'Uewerfläch oder bannescht Schicht vun TaC agefouert fir e Kompositbeschichtungssystem ze bilden; déi zolidd Léisung Verstäerkung Beschichtung System HfC, ZrC, etc.. hunn déi selwecht Gesiicht-Sentéiert Kubikzentimeter Struktur wéi TaC, an déi zwee Carbides kann onendlech soluble an all aner fir eng Form eng zolidd Léisung Struktur. D'Hf(Ta)C Beschichtung ass Rëssfräi an huet eng gutt Adhäsioun zum C/C Kompositmaterial. D'Beschichtung huet exzellent Anti-Ablatiounsleistung; de Gradientbeschichtungssystem Gradientbeschichtung bezitt sech op d'Beschichtungskomponent Konzentratioun laanscht seng Dicke Richtung. D'Struktur kann intern Stress reduzéieren, de Mëssverständnis vun thermesch Expansiounskoeffizienten verbesseren an Rëss vermeiden.
(II) Tantalkarbidbeschichtungsapparatprodukter
No de Statistiken a Prognosen vun QYR (Hengzhou Bozhi), de globale Tantal Carbide Beschichtung Maart Verkaf am Joer 2021 erreecht US $ 1.5986 Milliounen (ausser dem Cree seng selbstproduzéiert an selbst geliwwert Tantalkarbid Beschichtungsapparat Produkter), an et ass nach ëmmer am fréien Etappe vun Industrie Entwécklung.
1. Crystal Expansioun Réng an crucibles néideg fir Kristallsglas produzéiert Wuesstem: Baséierend op 200 Kristallsglas produzéiert Schmelzhäre pro Entreprise, ass de Maart Undeel vun TaC Beschichtete Apparater néideg vun 30 Kristallsglas produzéiert Wuesstem Firmen ongeféier 4,7 Milliarden Yuan.
2. TaC Schacht: All Schacht kann 3 Wafer droen, all Schacht kann fir 1 Mount benotzt ginn, an 1 Schacht gëtt fir all 100 Wafer verbraucht. 3 Millioune Wafere erfuerderen 30.000 TaC Schacht, all Schacht ass ongeféier 20.000 Stécker, a ronn 600 Millioune sinn all Joer gebraucht.
3. Aner Kuelestoff Reduktioun Szenarie. Wéi héich-Temperatur Schmelzhäre Doropshin, CVD nozzle, Schmelzhäre Päif, etc., ongeféier 100 Milliounen.
Post Zäit: Jul-02-2024