एकल क्रिस्टल भट्टियों में TaC-लेपित ग्रेफाइट भागों का अनुप्रयोग

का आवेदनTaC-लेपित ग्रेफाइट भागएकल क्रिस्टल भट्टियों में

भाग ---- पहला

भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि का उपयोग करके SiC और AlN एकल क्रिस्टल की वृद्धि में, क्रूसिबल, बीज धारक और गाइड रिंग जैसे महत्वपूर्ण घटक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जैसा कि चित्र 2 [1] में दर्शाया गया है, पीवीटी प्रक्रिया के दौरान, बीज क्रिस्टल निचले तापमान क्षेत्र में स्थित होता है, जबकि SiC कच्चा माल उच्च तापमान (2400 ℃ से ऊपर) के संपर्क में आता है। इससे कच्चे माल का अपघटन होता है, जिससे SiXCy यौगिक (मुख्य रूप से Si, SiC₂, Si₂C, आदि शामिल) बनते हैं। फिर वाष्प चरण सामग्री को उच्च तापमान वाले क्षेत्र से निम्न तापमान वाले क्षेत्र में बीज क्रिस्टल तक ले जाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बीज नाभिक का निर्माण होता है, क्रिस्टल का विकास होता है और एकल क्रिस्टल का निर्माण होता है। इसलिए, इस प्रक्रिया में नियोजित तापीय क्षेत्र सामग्री, जैसे क्रूसिबल, फ्लो गाइड रिंग और बीज क्रिस्टल धारक को SiC कच्चे माल और एकल क्रिस्टल को दूषित किए बिना उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदर्शित करने की आवश्यकता होती है। इसी प्रकार, AlN क्रिस्टल विकास में उपयोग किए जाने वाले हीटिंग तत्वों को Al वाष्प और N₂ संक्षारण का सामना करना पड़ता है, जबकि क्रिस्टल की तैयारी के समय को कम करने के लिए उच्च यूटेक्टिक तापमान (AlN के साथ) भी रखना पड़ता है।

यह देखा गया है कि SiC [2-5] और AlN [2-3] की तैयारी के लिए TaC-लेपित ग्रेफाइट थर्मल फ़ील्ड सामग्री का उपयोग करने से न्यूनतम कार्बन (ऑक्सीजन, नाइट्रोजन), और अन्य अशुद्धियों के साथ स्वच्छ उत्पाद प्राप्त होते हैं। ये सामग्रियां प्रत्येक क्षेत्र में कम किनारे दोष और कम प्रतिरोधकता प्रदर्शित करती हैं। इसके अतिरिक्त, माइक्रोप्रोर्स और नक़्क़ाशी गड्ढों (KOH नक़्क़ाशी के बाद) का घनत्व काफी कम हो जाता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता में पर्याप्त सुधार होता है। इसके अलावा, TaC क्रूसिबल लगभग शून्य वजन घटाने को दर्शाता है, एक गैर-विनाशकारी उपस्थिति बनाए रखता है, और इसे पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है (200 घंटे तक के जीवनकाल के साथ), इस प्रकार एकल क्रिस्टल तैयारी प्रक्रियाओं की स्थिरता और दक्षता में वृद्धि होती है।

अंजीर। 2. (ए) पीवीटी विधि द्वारा SiC सिंगल क्रिस्टल इनगोट ग्रोइंग डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख

(बी) शीर्ष टीएसी लेपित बीज ब्रैकेट (एसआईसी बीज सहित)

(सी) टीएसी-लेपित ग्रेफाइट गाइड रिंग

MOCVD GaN एपिटैक्सियल लेयर ग्रोथ हीटर

भाग 2

MOCVD (मेटल-ऑर्गेनिक केमिकल वेपर डिपोजिशन) GaN ग्रोथ के क्षेत्र में, ऑर्गेनोमेटेलिक अपघटन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से पतली फिल्मों के वाष्प एपिटैक्सियल विकास के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक, हीटर प्रतिक्रिया कक्ष के भीतर सटीक तापमान नियंत्रण और एकरूपता प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जैसा कि चित्र 3 (ए) में दिखाया गया है, हीटर को एमओसीवीडी उपकरण का मुख्य घटक माना जाता है। विस्तारित अवधि (बार-बार शीतलन चक्र सहित) में सब्सट्रेट को तेजी से और समान रूप से गर्म करने, उच्च तापमान (गैस संक्षारण का विरोध करने) का सामना करने और फिल्म की शुद्धता बनाए रखने की इसकी क्षमता सीधे फिल्म जमाव, मोटाई स्थिरता और चिप प्रदर्शन की गुणवत्ता को प्रभावित करती है।

MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टम में हीटर के प्रदर्शन और रीसाइक्लिंग दक्षता को बढ़ाने के लिए, TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटर की शुरूआत सफल रही है। पीबीएन (पाइरोलाइटिक बोरॉन नाइट्राइड) कोटिंग्स का उपयोग करने वाले पारंपरिक हीटरों के विपरीत, टीएसी हीटरों का उपयोग करके विकसित की गई GaN एपिटैक्सियल परतें लगभग समान क्रिस्टल संरचनाएं, मोटाई एकरूपता, आंतरिक दोष निर्माण, अशुद्धता डोपिंग और संदूषण स्तर प्रदर्शित करती हैं। इसके अलावा, TaC कोटिंग कम प्रतिरोधकता और कम सतह उत्सर्जन को प्रदर्शित करती है, जिसके परिणामस्वरूप हीटर दक्षता और एकरूपता में सुधार होता है, जिससे बिजली की खपत और गर्मी की कमी कम होती है। प्रक्रिया मापदंडों को नियंत्रित करके, हीटर की विकिरण विशेषताओं को और बढ़ाने और इसके जीवनकाल को बढ़ाने के लिए कोटिंग की सरंध्रता को समायोजित किया जा सकता है [5]। ये फायदे TaC-लेपित ग्रेफाइट हीटर को MOCVD GaN ग्रोथ सिस्टम के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प के रूप में स्थापित करते हैं।

अंजीर। 3. (ए) GaN एपीटैक्सियल वृद्धि के लिए MOCVD डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख

(बी) बेस और ब्रैकेट को छोड़कर, एमओसीवीडी सेटअप में मोल्डेड टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटर स्थापित किया गया है (हीटिंग में बेस और ब्रैकेट दिखाने वाला चित्रण)

(सी) 17 GaN एपिटैक्सियल वृद्धि के बाद टीएसी-लेपित ग्रेफाइट हीटर। 

एपिटैक्सी के लिए लेपित सुसेप्टर (वेफर कैरियर)

भाग/3

वेफर कैरियर, एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक है जिसका उपयोग तीसरी श्रेणी के सेमीकंडक्टर वेफर्स जैसे SiC, AlN और GaN की तैयारी में किया जाता है, जो एपिटैक्सियल वेफर विकास प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आमतौर पर ग्रेफाइट से बना, वेफर कैरियर को 1100 से 1600 डिग्री सेल्सियस के एपीटैक्सियल तापमान रेंज के भीतर प्रक्रिया गैसों से जंग का विरोध करने के लिए SiC के साथ लेपित किया जाता है। सुरक्षात्मक कोटिंग का संक्षारण प्रतिरोध वेफर वाहक के जीवनकाल पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। प्रायोगिक परिणामों से पता चला है कि उच्च तापमान वाले अमोनिया के संपर्क में आने पर TaC, SiC की तुलना में लगभग 6 गुना धीमी संक्षारण दर प्रदर्शित करता है। उच्च तापमान वाले हाइड्रोजन वातावरण में, TaC की संक्षारण दर SiC से भी 10 गुना धीमी है।

प्रायोगिक साक्ष्यों से पता चला है कि TaC से लेपित ट्रे अशुद्धियाँ लाए बिना नीली रोशनी GaN MOCVD प्रक्रिया में उत्कृष्ट अनुकूलता प्रदर्शित करती हैं। सीमित प्रक्रिया समायोजन के साथ, TaC वाहकों का उपयोग करके उगाए गए एलईडी पारंपरिक SiC वाहकों का उपयोग करके उगाए गए एलईडी के बराबर प्रदर्शन और एकरूपता प्रदर्शित करते हैं। नतीजतन, TaC-लेपित वेफर वाहकों का सेवा जीवन अनकोटेड और SiC-लेपित ग्रेफाइट वाहकों से अधिक होता है।

आकृति। GaN एपिटैक्सियल विकसित MOCVD डिवाइस (Veeco P75) में उपयोग के बाद वेफर ट्रे। बाईं ओर वाला TaC से लेपित है और दाईं ओर वाला SiC से लेपित है।

सामान्य की तैयारी विधिTaC लेपित ग्रेफाइट भाग

भाग ---- पहला

सीवीडी (रासायनिक वाष्प जमाव) विधि:

900-2300℃ पर, TaCl5 और CnHm को टैंटलम और कार्बन स्रोतों के रूप में, H₂ को कम करने वाले वातावरण के रूप में, Ar₂ को वाहक गैस के रूप में, प्रतिक्रिया जमाव फिल्म के रूप में उपयोग किया जाता है। तैयार कोटिंग कॉम्पैक्ट, एक समान और उच्च शुद्धता वाली है। हालाँकि, कुछ समस्याएं हैं जैसे जटिल प्रक्रिया, महंगी लागत, कठिन वायु प्रवाह नियंत्रण और कम जमाव दक्षता।

भाग 2

घोल सिंटरिंग विधि:

कार्बन स्रोत, टैंटलम स्रोत, डिस्पर्सेंट और बाइंडर युक्त घोल को ग्रेफाइट पर लेपित किया जाता है और सूखने के बाद उच्च तापमान पर सिंटर किया जाता है। तैयार कोटिंग नियमित अभिविन्यास के बिना बढ़ती है, इसकी लागत कम है और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। बड़े ग्रेफाइट पर एक समान और पूर्ण कोटिंग प्राप्त करने, समर्थन दोषों को खत्म करने और कोटिंग बॉन्डिंग बल को बढ़ाने के लिए इसका पता लगाया जाना बाकी है।

भाग/3

प्लाज्मा छिड़काव विधि:

TaC पाउडर को उच्च तापमान पर प्लाज्मा चाप द्वारा पिघलाया जाता है, उच्च गति जेट द्वारा उच्च तापमान की बूंदों में परमाणुकृत किया जाता है, और ग्रेफाइट सामग्री की सतह पर स्प्रे किया जाता है। गैर-वैक्यूम के तहत ऑक्साइड परत बनाना आसान है, और ऊर्जा की खपत बड़ी है।

TaC लेपित ग्रेफाइट भागों को हल करने की आवश्यकता है

भाग ---- पहला

बांधने वाली शक्ति:

TaC और कार्बन सामग्री के बीच थर्मल विस्तार गुणांक और अन्य भौतिक गुण भिन्न होते हैं, कोटिंग की बंधन शक्ति कम होती है, दरारें, छिद्रों और थर्मल तनाव से बचना मुश्किल होता है, और सड़ांध युक्त वास्तविक वातावरण में कोटिंग को छीलना आसान होता है। बार-बार उठने और ठंडा होने की प्रक्रिया।

भाग 2

पवित्रता:

उच्च तापमान की स्थिति में अशुद्धियों और प्रदूषण से बचने के लिए TaC कोटिंग को अति-उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है, और सतह पर और पूर्ण कोटिंग के अंदर मुक्त कार्बन और आंतरिक अशुद्धियों के प्रभावी सामग्री मानकों और लक्षण वर्णन मानकों पर सहमति होनी चाहिए।

भाग/3

स्थिरता:

2300℃ से ऊपर उच्च तापमान प्रतिरोध और रासायनिक वातावरण प्रतिरोध कोटिंग की स्थिरता का परीक्षण करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण संकेतक हैं। पिनहोल, दरारें, गायब कोने, और एकल अभिविन्यास अनाज की सीमाएं संक्षारक गैसों को ग्रेफाइट में घुसने और घुसने का कारण बनती हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोटिंग सुरक्षा विफलता होती है।

भाग/4

ऑक्सीकरण प्रतिरोध:

TaC 500℃ से ऊपर होने पर Ta2O5 में ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है, और तापमान और ऑक्सीजन सांद्रता में वृद्धि के साथ ऑक्सीकरण दर तेजी से बढ़ जाती है। सतह का ऑक्सीकरण अनाज की सीमाओं और छोटे अनाजों से शुरू होता है, और धीरे-धीरे स्तंभ क्रिस्टल और टूटे हुए क्रिस्टल बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में अंतराल और छेद होते हैं, और कोटिंग हटने तक ऑक्सीजन घुसपैठ तेज हो जाती है। परिणामी ऑक्साइड परत में खराब तापीय चालकता और दिखने में विभिन्न प्रकार के रंग होते हैं।

भाग/5

एकरूपता और खुरदरापन:

कोटिंग सतह के असमान वितरण से स्थानीय थर्मल तनाव एकाग्रता हो सकती है, जिससे दरार पड़ने और टूटने का खतरा बढ़ जाता है। इसके अलावा, सतह का खुरदरापन सीधे कोटिंग और बाहरी वातावरण के बीच बातचीत को प्रभावित करता है, और बहुत अधिक खुरदरापन आसानी से वेफर और असमान थर्मल क्षेत्र के साथ घर्षण को बढ़ा देता है।

भाग/6

अनाज आकार:

समान दाने का आकार कोटिंग की स्थिरता में मदद करता है। यदि अनाज का आकार छोटा है, तो बंधन कड़ा नहीं है, और इसका ऑक्सीकरण और संक्षारण होना आसान है, जिसके परिणामस्वरूप अनाज के किनारे में बड़ी संख्या में दरारें और छेद होते हैं, जो कोटिंग के सुरक्षात्मक प्रदर्शन को कम करता है। यदि दाने का आकार बहुत बड़ा है, तो यह अपेक्षाकृत खुरदरा होता है, और थर्मल तनाव के तहत कोटिंग आसानी से निकल जाती है।

निष्कर्ष और संभावना

सामान्य रूप में,TaC लेपित ग्रेफाइट भागबाजार में इसकी भारी मांग है और वर्तमान में आवेदन की संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला हैTaC लेपित ग्रेफाइट भागविनिर्माण मुख्यधारा सीवीडी टीएसी घटकों पर निर्भर है। हालाँकि, CVD TaC उत्पादन उपकरण की उच्च लागत और सीमित जमाव दक्षता के कारण, पारंपरिक SiC लेपित ग्रेफाइट सामग्री को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं किया गया है। सिंटरिंग विधि कच्चे माल की लागत को प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, और ग्रेफाइट भागों के जटिल आकार को अनुकूलित कर सकती है, ताकि अधिक विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों की जरूरतों को पूरा किया जा सके।