Akým výzvam čelí proces CVD TaC povlaku pre rast monokryštálov SiC pri spracovaní polovodičov?

Zavedenie

S rýchlym vývojom nových energetických vozidiel, 5G komunikácie a ďalších oblastí sa zvyšujú požiadavky na výkon elektronických zariadení. Ako nová generácia polovodičových materiálov so širokou šírkou pásma sa karbid kremíka (SiC) stal preferovaným materiálom pre výkonové elektronické zariadenia so svojimi vynikajúcimi elektrickými vlastnosťami a tepelnou stabilitou. Proces rastu monokryštálov SiC však čelí mnohým výzvam, medzi ktoré patrí výkonnosť materiálov tepelného poľa jedným z kľúčových faktorov. Ako nový typ materiálu tepelného poľa sa povlak CVD TaC stal efektívnym spôsobom riešenia problému rastu monokryštálov SiC vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči vysokej teplote, odolnosti proti korózii a chemickej stabilite. Tento článok podrobne preskúma výhody, charakteristiky procesu a vyhliadky aplikácie povlaku CVD TaC pri raste monokryštálov SiC.

Priemyselné pozadie

1

Jednajú kryštálové materiály SIC fungujú dobre vo vysokom teplote, vysokotlakovom a vysokofrekvenčnom prostredí a široko sa používajú v elektrických vozidlách, obnoviteľnej energii a vysokoúčinnej energii. Podľa prieskumu trhu sa očakáva, že veľkosť trhu SIC dosiahne do roku 2030 9 miliárd USD, pričom priemerná ročná miera rastu o viac ako 20%. Vynikajúci výkon SIC z neho robí dôležitý základ pre ďalšiu generáciu elektronických zariadení. Počas rastu jednotlivých kryštálov SIC však materiály tepelného poľa čelia testu extrémnych prostredí, ako sú vysoké teploty, vysoký tlak a korozívne plyny. Tradičné materiály z tepelného poľa, ako je grafit a karbid kremíka, sa ľahko oxidujú a deformujú pri vysokých teplotách a reagujú s rastovou atmosférou, ktorá ovplyvňuje kvalitu kryštálu.

2. Význam CVD TaC povlaku ako materiálu tepelného poľa

CVD TaC povlak môže poskytnúť vynikajúcu stabilitu vo vysokoteplotnom a korozívnom prostredí, čo z neho robí nepostrádateľný materiál pre rast monokryštálov SiC. Štúdie ukázali, že povlak TaC môže účinne predĺžiť životnosť materiálov tepelného poľa a zlepšiť kvalitu kryštálov SiC. TaC povlak môže zostať stabilný v extrémnych podmienkach až do 2300 ℃, čím sa zabráni oxidácii substrátu a chemickej korózii.

Prehľad témy

1. Základné princípy a výhody povlaku TAC CVD

Poter TAC CVD sa tvorí reakciou a ukladaním zdroja tantalu (ako je TACL5) s uhlíkovým zdrojom pri vysokej teplote a má vynikajúci vysoký teplotný odpor, odolnosť proti korózii a dobrú adhéziu. Jeho hustá a rovnomerná poťahová štruktúra môže účinne zabrániť oxidácii substrátu a chemickej korózii.

2. Technické výzvy procesu CVD TaC povlakovania

Aj keď povlak TAC CVD má mnoho výhod, v jeho výrobnom procese stále existujú technické výzvy, ako je regulácia čistoty materiálu, optimalizácia parametrov procesu a prilepenie adhézie.

Časť I: Kľúčová úloha povlaku CVD TaC

● Vysoký odpor teploty

Bod tavenia TAC a termochemická stabilita: TAC má bod topenia viac ako 3000

Výkonnosť v prostrediach extrémnej teploty počas rastu jednotlivých kryštálov SIC **: Štúdie ukázali, že povlak TAC môže účinne zabrániť oxidácii substrátu vo vysoko teplotnom prostredí 900-2300 ℃, čím sa zabezpečí kvalita kryštálov SIC.

●  Odolnosť proti koróziitance

Ochranný účinok povlaku TaC na chemickú eróziu v reakčnom prostredí karbidu kremíka: TaC môže účinne blokovať eróziu reaktantov, ako sú Si a SiC₂ na substráte, čím sa predlžuje životnosť materiálov tepelného poľa.

● Požiadavky na konzistentnosť a presnosť

Potreba rovnomernosti a kontroly hrúbky povlaku: Rovnomerná hrúbka povlaku je rozhodujúca pre kvalitu kryštálov a akákoľvek nerovnomernosť môže viesť ku koncentrácii tepelného napätia a tvorbe trhlín.

Povlak karbidu tantalu (TaC) na mikroskopickom priereze

Časť II: Hlavné výzvy procesu povlaku TAC CVD

● Zdroj materiálu a riadenie čistoty

Problémy nákladov a dodávateľského reťazca vysoko čistých tantalových surovín: Cena tantalových surovín značne kolíše a ponuka je nestabilná, čo ovplyvňuje výrobné náklady.

Ako stopové nečistoty v materiáli ovplyvňujú výkon povlaku: Nečistoty môžu spôsobiť zhoršenie výkonu povlaku, a tým ovplyvniť kvalitu kryštálov SiC.

● Optimalizácia parametrov procesu

Presná kontrola teploty povlaku, tlaku a prietoku plynu: Tieto parametre majú priamy vplyv na kvalitu povlaku a musia byť jemne regulované, aby sa zabezpečilo najlepší depozičný účinok.

Ako sa vyhnúť povlakom defektov na substrátoch vo veľkých oblastiach: Defekty sú náchylné k vyskytujúcim sa počas depozície vo veľkom oblastiach a na monitorovanie a úpravu procesu depozície je potrebné vyvinúť nové technické prostriedky.

● Potiahnutie adhézie

Ťažkosti pri optimalizácii výkonu adhézie medzi povlakom TAC a substrátom: rozdiely v koeficientoch tepelnej expanzie medzi rôznymi materiálmi môžu viesť k vylúčení a zlepšenia lepidiel alebo procesov depozitného procesu sú potrebné na zvýšenie adhézie.

Potenciálne riziká a protiopatrenia pri odlepovaní náterov: Odlepovanie môže viesť k stratám vo výrobe, preto je potrebné vyvinúť nové lepidlá alebo použiť kompozitné materiály na zvýšenie pevnosti spoja.

● Údržba a stabilita procesu zariadenia

Zložitosť a náklady na údržbu zariadenia na spracovanie CVD: Zariadenie je drahé a náročné na údržbu, čo zvyšuje celkové výrobné náklady.

Problémy s konzistentnosťou pri dlhodobej prevádzke procesu: Dlhodobá prevádzka môže spôsobiť kolísanie výkonu a zariadenie je potrebné pravidelne kalibrovať, aby sa zabezpečila konzistentnosť.

●  Ochrana životného prostredia a kontrola nákladov

Ošetrenie vedľajších produktov (ako sú chloridy) počas povlaku: odpadový plyn sa musí efektívne liečiť tak, aby spĺňal normy ochrany životného prostredia, čo zvyšuje výrobné náklady.

Ako vyvážiť vysoké výkonné a ekonomické prínosy: Zníženie výrobných nákladov a zároveň zabezpečenia kvality povlaku je dôležitou výzvou, čomu čelí priemyslu.

Časť III: priemyselné riešenia a hraničný výskum

● Nová technológia optimalizácie procesu

Použite pokročilé riadiace algoritmy CVD na dosiahnutie vyššej presnosti: Prostredníctvom optimalizácie algoritmu je možné zlepšiť rýchlosť nanášania a rovnomernosť, čím sa zlepší efektivita výroby.

Zavedenie nových zložení plynov alebo aditív na zlepšenie účinnosti náteru: Štúdie ukázali, že pridanie špecifických plynov môže zlepšiť priľnavosť náteru a antioxidačné vlastnosti.

●  Prelomové objavy v materiálovom výskume a vývoji

Zlepšenie výkonu TaC technológiou nanoštruktúrneho povlaku: Nanoštruktúry môžu výrazne zlepšiť tvrdosť a odolnosť povlakov TaC proti opotrebovaniu, čím sa zvýši ich výkon v extrémnych podmienkach.

Syntetické alternatívne náterové materiály (ako je kompozitná keramika): Nové kompozitné materiály môžu poskytnúť lepší výkon a znížiť výrobné náklady.

●  Automatizácia a digitálne továrne

Monitorovanie procesov pomocou umelej inteligencie a technológie senzorov: Monitorovanie v reálnom čase môže v čase upravovať parametre procesu a zlepšiť efektívnosť výroby.

Zlepšiť efektivitu výroby a zároveň znížiť náklady: Automatizačná technológia môže znížiť manuálne zásahy a zlepšiť celkovú efektivitu výroby.