Fil-preżent, it-tielet ġenerazzjoni ta 'semikondutturi hija ddominata minnkarbur tas-silikon. Fl-istruttura tal-ispiża tal-apparati tagħha, is-sottostrat jammonta għal 47%, u l-epitassija jammonta għal 23%. It-tnejn flimkien jammontaw għal madwar 70%, li hija l-aktar parti importanti tal-karbur tas-silikonkatina tal-industrija tal-manifattura tal-apparat.
Il-metodu użat komunement għall-preparazzjonikarbur tas-silikonkristalli singoli huwa l-metodu PVT (trasport tal-fwar fiżiku). Il-prinċipju huwa li tagħmel il-materja prima f'żona ta 'temperatura għolja u l-kristall taż-żerriegħa f'żona ta' temperatura relattivament baxxa. Il-materja prima f'temperatura ogħla jiddekomponu u jipproduċu direttament sustanzi tal-fażi tal-gass mingħajr fażi likwida. Dawn is-sustanzi tal-fażi tal-gass huma ttrasportati lejn il-kristall taż-żerriegħa taħt is-sewqan tal-gradjent tat-temperatura axjali, u jinnukleaw u jikbru fil-kristall taż-żerriegħa biex jiffurmaw kristall wieħed tal-karbur tas-silikon. Fil-preżent, kumpaniji barranin bħal Cree, II-VI, SiCrystal, Dow u kumpaniji domestiċi bħal Tianyue Advanced, Tianke Heda, u Century Golden Core kollha jużaw dan il-metodu.
Hemm aktar minn 200 forma tal-kristall ta 'karbur tas-silikon, u kontroll preċiż ħafna huwa meħtieġ biex jiġġenera l-forma ta' kristall wieħed meħtieġ (il-mainstream hija forma ta 'kristall 4H). Skont il-prospett ta 'Tianyue Advanced, ir-rendimenti tal-virga tal-kristall tal-kumpanija fl-2018-2020 u l-H1 2021 kienu 41%, 38.57%, 50.73% u 49.90% rispettivament, u r-rendimenti tas-sottostrat kienu 72.61%, 75.4% u 75.715%. rispettivament. Ir-rendiment komprensiv bħalissa huwa biss 37.7%. Meta tieħu l-metodu PVT mainstream bħala eżempju, ir-rendiment baxx huwa prinċipalment dovut għad-diffikultajiet li ġejjin fil-preparazzjoni tas-sottostrat tas-SiC:
1. Diffikultà fil-kontroll tal-kamp tat-temperatura: Il-vireg tal-kristall SiC jeħtieġ li jiġu prodotti f'temperatura għolja ta '2500℃, filwaqt li l-kristalli tas-silikon jeħtieġu biss 1500℃, għalhekk huma meħtieġa fran speċjali ta' kristall wieħed, u t-temperatura tat-tkabbir jeħtieġ li tiġi kkontrollata b'mod preċiż waqt il-produzzjoni , li huwa estremament diffiċli biex jiġi kkontrollat.
2. Veloċità tal-produzzjoni bil-mod: Ir-rata ta 'tkabbir ta' materjali tas-silikon tradizzjonali hija ta '300 mm fis-siegħa, iżda kristalli singoli tal-karbur tas-silikon jistgħu jikbru biss 400 mikron fis-siegħa, li hija kważi 800 darba d-differenza.
3. Rekwiżiti għoljin għal parametri tajbin tal-prodott, u r-rendiment tal-kaxxa sewda huwa diffiċli biex jiġi kkontrollat fil-ħin: Il-parametri ewlenin tal-wejfers tas-SiC jinkludu densità tal-mikrotubi, densità ta 'dislokazzjoni, resistività, warpage, ħruxija tal-wiċċ, eċċ. Matul il-proċess tat-tkabbir tal-kristall, huwa meħtieġa biex tikkontrolla b'mod preċiż parametri bħal proporzjon tas-silikon-karbonju, gradjent tat-temperatura tat-tkabbir, rata ta 'tkabbir tal-kristall, u pressjoni tal-fluss tal-arja. Inkella, l-inklużjonijiet polimorfiċi x'aktarx li jseħħu, li jirriżultaw fi kristalli mhux kwalifikati. Fil-kaxxa sewda tal-griġjol tal-grafita, huwa impossibbli li jiġi osservat l-istatus tat-tkabbir tal-kristall f'ħin reali, u huma meħtieġa kontroll tal-kamp termali preċiż ħafna, tqabbil tal-materjal, u akkumulazzjoni ta 'esperjenza.
4. Diffikultà fl-espansjoni tal-kristall: Taħt il-metodu tat-trasport tal-fażi tal-gass, it-teknoloġija ta 'espansjoni tat-tkabbir tal-kristall SiC hija estremament diffiċli. Hekk kif id-daqs tal-kristall jiżdied, id-diffikultà tat-tkabbir tagħha tiżdied b'mod esponenzjali.
5. Ġeneralment rendiment baxx: Rendiment baxx huwa magħmul prinċipalment minn żewġ links: (1) Rendiment tal-virga tal-kristall = output tal-virga tal-kristall ta 'grad semikonduttur/(output tal-virga tal-kristall ta' grad semikonduttur + output tal-virga tal-kristall ta 'grad mhux semikonduttur) × 100%; (2) Rendiment tas-sottostrat = output ta 'sottostrat kwalifikat/(output ta' substrat kwalifikat + output ta 'sottostrat mhux kwalifikat) × 100%.
Fil-preparazzjoni ta 'kwalità għolja u rendiment għolisottostrati tal-karbur tas-silikon, il-qalba teħtieġ materjali aħjar tal-kamp termali biex tikkontrolla b'mod preċiż it-temperatura tal-produzzjoni. Il-kits tal-griġjol tal-kamp termali użati bħalissa huma prinċipalment partijiet strutturali tal-grafita ta 'purità għolja, li jintużaw biex isaħħnu u jdubu trab tal-karbonju u trab tas-silikon u jżommu sħun. Materjali tal-grafita għandhom il-karatteristiċi ta 'saħħa speċifika għolja u modulu speċifiku, reżistenza tajba għal xokk termali u reżistenza għall-korrużjoni, iżda għandhom l-iżvantaġġi li jiġu ossidizzati faċilment f'ambjenti ta' ossiġnu b'temperatura għolja, mhux reżistenti għall-ammonja, u reżistenza fqira għall-grif. Fil-proċess tat-tkabbir tal-kristall wieħed tal-karbur tas-silikon uwejfer epitassjali tal-karbur tas-silikonproduzzjoni, huwa diffiċli li tissodisfa r-rekwiżiti dejjem aktar stretti tan-nies għall-użu ta 'materjali tal-grafita, li tirrestrinġi serjament l-iżvilupp u l-applikazzjoni prattika tagħha. Għalhekk, bdew joħorġu kisjiet b'temperatura għolja bħall-karbur tat-tantalu.
2. Karatteristiċi ta 'Kisi tal-karbur tat-tantalu
Iċ-ċeramika TaC għandha punt ta 'tidwib sa 3880 ℃, ebusija għolja (ebusija Mohs 9-10), konduttività termali kbira (22W·m-1·K-1), qawwa kbira tal-liwi (340-400MPa), u espansjoni termika żgħira koeffiċjent (6.6 × 10−6K−1), u juri stabbiltà termokimika eċċellenti u proprjetajiet fiżiċi eċċellenti. Għandu kompatibilità kimika tajba u kompatibilità mekkanika mal-grafita u materjali komposti C/C. Għalhekk, il-kisja tat-TaC tintuża ħafna fil-protezzjoni termali aerospazjali, it-tkabbir tal-kristall wieħed, l-elettronika tal-enerġija u t-tagħmir mediku.
Miksija bit-TaCgrafita għandha reżistenza aħjar għall-korrużjoni kimika minn grafita vojta jew grafita miksija b'SiC, tista 'tintuża b'mod stabbli f'temperaturi għoljin ta' 2600 °, u ma tirreaġixxix ma 'ħafna elementi tal-metall. Huwa l-aħjar kisi fit-tielet ġenerazzjoni ta 'semikondutturi ta' kristall wieħed u xenarji ta 'inċiżjoni tal-wejfers. Jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-kontroll tat-temperatura u l-impuritajiet fil-proċess u jippreparawejfers tal-karbur tas-silikon ta 'kwalità għoljau relatatiwejfers epitassjali. Huwa speċjalment adattat għat-tkabbir ta 'kristalli singoli GaN jew AlN b'tagħmir MOCVD u kristalli singoli SiC li qed jikbru b'tagħmir PVT, u l-kwalità tal-kristalli singoli mkabbra hija mtejba b'mod sinifikanti.
III. Vantaġġi ta 'Apparati Miksijin tal-Karbur tat-Tantalu
L-użu tal-kisi tat-Tantal Carbide TaC jista 'jsolvi l-problema tad-difetti tat-tarf tal-kristall u jtejjeb il-kwalità tat-tkabbir tal-kristall. Hija waħda mid-direzzjonijiet tekniċi ewlenin ta '"tkabbir mgħaġġel, tkabbir oħxon, u tkabbir fit-tul". Ir-riċerka tal-industrija wriet ukoll li l-griġjol tal-grafita miksi bil-karbur tat-tantalu jista 'jikseb tisħin aktar uniformi, u b'hekk jipprovdi kontroll tal-proċess eċċellenti għat-tkabbir ta' kristall wieħed SiC, u b'hekk inaqqas b'mod sinifikanti l-probabbiltà ta 'formazzjoni polikristallina fit-tarf tal-kristalli SiC. Barra minn hekk, il-kisi tal-grafita tal-karbur tat-tantalu għandu żewġ vantaġġi ewlenin:
(I) It-Tnaqqis tad-Difetti tas-SiC
F'termini ta 'kontroll tad-difetti tal-kristall wieħed tas-SiC, ġeneralment ikun hemm tliet modi importanti. Minbarra l-ottimizzazzjoni tal-parametri tat-tkabbir u l-materjali tas-sors ta 'kwalità għolja (bħal trab tas-sors tas-SiC), bl-użu ta' Griġjol tal-Graphite Miksija tal-Karbur tat-Tantalu jista 'wkoll jikseb kwalità tajba tal-kristall.
Dijagramma skematika ta' griġjol tal-grafita konvenzjonali (a) u griġjol miksi b'TAC (b)
Skont ir-riċerka mill-Università tal-Ewropa tal-Lvant fil-Korea, l-impurità ewlenija fit-tkabbir tal-kristalli SiC hija n-nitroġenu, u griġjoli tal-grafita miksija bil-karbur tat-tantalu jistgħu jillimitaw b'mod effettiv l-inkorporazzjoni tan-nitroġenu tal-kristalli SiC, u b'hekk inaqqsu l-ġenerazzjoni ta 'difetti bħal mikropajpijiet u jtejbu l-kristall kwalità. Studji wrew li taħt l-istess kundizzjonijiet, il-konċentrazzjonijiet ta 'trasportatur ta' wejfers SiC mkabbra fi griġjoli tal-grafita konvenzjonali u griġjoli miksija TAC huma bejn wieħed u ieħor 4.5 × 1017 / ċm u 7.6 × 1015 / ċm, rispettivament.
Tqabbil ta’ difetti fil-kristalli singoli tas-SiC imkabbra fi griġjoli tal-grafita konvenzjonali (a) u griġjoli miksija b’TAC (b)
(II) It-titjib tal-ħajja tal-griġjoli tal-grafita
Bħalissa, l-ispiża tal-kristalli SiC baqgħet għolja, li minnhom l-ispiża tal-konsumabbli tal-grafita tammonta għal madwar 30%. Iċ-ċavetta biex titnaqqas l-ispiża tal-konsumabbli tal-grafita hija li żżid il-ħajja tas-servizz tagħha. Skont dejta minn tim ta 'riċerka Brittaniku, il-kisi tal-karbur tat-tantalu jista' jestendi l-ħajja tas-servizz tal-komponenti tal-grafita bi 30-50%. Skont dan il-kalkolu, is-sostituzzjoni tal-grafita miksija tal-karbur tat-tantalu biss tista 'tnaqqas l-ispiża tal-kristalli SiC b'9% -15%.
4. Proċess ta 'preparazzjoni tal-kisi tal-karbur tat-tantalu
Metodi ta 'preparazzjoni tal-kisi TaC jistgħu jinqasmu fi tliet kategoriji: metodu ta' fażi solida, metodu ta 'fażi likwida u metodu ta' fażi tal-gass. Il-metodu tal-fażi solida prinċipalment jinkludi metodu ta 'tnaqqis u metodu kimiku; il-metodu tal-fażi likwida jinkludi metodu tal-melħ imdewweb, metodu sol-gel (Sol-Gel), metodu ta 'sinterizzazzjoni tad-demel likwidu, metodu tal-bexx tal-plażma; il-metodu tal-fażi tal-gass jinkludi depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD), infiltrazzjoni tal-fwar kimiku (CVI) u depożizzjoni fiżika tal-fwar (PVD). Metodi differenti għandhom il-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom stess. Fosthom, CVD huwa metodu relattivament matur u użat ħafna għall-preparazzjoni ta 'kisi TaC. Bit-titjib kontinwu tal-proċess, ġew żviluppati proċessi ġodda bħad-depożizzjoni tal-fwar kimiku tal-wajer sħun u d-depożizzjoni tal-fwar kimiku assistita bir-raġġ tal-joni.
Materjali modifikati bbażati fuq il-karbonju tal-kisi TaC jinkludu prinċipalment grafita, fibra tal-karbonju, u materjali komposti tal-karbonju/karbonju. Il-metodi għall-preparazzjoni tal-kisi tat-TaC fuq il-grafita jinkludu bexx tal-plażma, CVD, sinterizzazzjoni tad-demel likwidu, eċċ.
Vantaġġi tal-metodu CVD: Il-metodu CVD għall-preparazzjoni tal-kisi tat-TaC huwa bbażat fuq alid tat-tantalu (TaX5) bħala sors tat-tantalu u idrokarburi (CnHm) bħala sors tal-karbonju. Taħt ċerti kundizzjonijiet, huma dekomposti f'Ta u C rispettivament, u mbagħad jirreaġixxu ma 'xulxin biex jiksbu kisjiet TaC. Il-metodu CVD jista 'jitwettaq f'temperatura aktar baxxa, li tista' tevita difetti u proprjetajiet mekkaniċi mnaqqsa kkawżati minn preparazzjoni f'temperatura għolja jew trattament ta 'kisi sa ċertu punt. Il-kompożizzjoni u l-istruttura tal-kisi huma kontrollabbli, u għandha l-vantaġġi ta 'purità għolja, densità għolja u ħxuna uniformi. Aktar importanti minn hekk, il-kompożizzjoni u l-istruttura tal-kisi tat-TaC ippreparat minn CVD jistgħu jiġu ddisinjati u kkontrollati faċilment. Huwa metodu relattivament matur u użat ħafna għall-preparazzjoni ta 'kisi TaC ta' kwalità għolja.
Il-fatturi ewlenin li jinfluwenzaw il-proċess jinkludu:
A. Rata tal-fluss tal-gass (sors tat-tantalu, gass tal-idrokarburi bħala sors tal-karbonju, gass trasportatur, gass ta' dilwizzjoni Ar2, gass li jnaqqas H2): Il-bidla fir-rata tal-fluss tal-gass għandha influwenza kbira fuq il-qasam tat-temperatura, il-qasam tal-pressjoni u l-qasam tal-fluss tal-gass f' il-kamra tar-reazzjoni, li tirriżulta f'bidliet fil-kompożizzjoni, l-istruttura u l-prestazzjoni tal-kisi. Iż-żieda tar-rata tal-fluss Ar tnaqqas ir-rata tat-tkabbir tal-kisi u tnaqqas id-daqs tal-qamħ, filwaqt li l-proporzjon tal-massa molari ta 'TaCl5, H2, u C3H6 jaffettwa l-kompożizzjoni tal-kisi. Il-proporzjon molari ta 'H2 għal TaCl5 huwa (15-20): 1, li huwa aktar adattat. Il-proporzjon molari ta 'TaCl5 għal C3H6 huwa teoretikament qrib 3:1. TaCl5 jew C3H6 eċċessiv se jikkawża l-formazzjoni ta 'Ta2C jew karbonju ħieles, li jaffettwa l-kwalità tal-wejfer.
B. Temperatura ta 'depożizzjoni: Aktar ma tkun għolja t-temperatura tad-depożizzjoni, iktar tkun mgħaġġla r-rata ta' depożitu, iktar ikun kbir id-daqs tal-qamħ, u aktar ma jkun ħarxa l-kisja. Barra minn hekk, it-temperatura u l-veloċità tad-dekompożizzjoni tal-idrokarburi f'C u d-dekompożizzjoni ta 'TaCl5 f'Ta huma differenti, u Ta u C huma aktar probabbli li jiffurmaw Ta2C. It-temperatura għandha influwenza kbira fuq il-materjali tal-karbonju modifikat tal-kisi tat-TaC. Hekk kif it-temperatura tad-depożizzjoni tiżdied, ir-rata tad-depożizzjoni tiżdied, id-daqs tal-partiċelli jiżdied, u l-forma tal-partiċelli tinbidel minn sferika għal polyhedral. Barra minn hekk, iktar ma tkun għolja t-temperatura tad-depożizzjoni, iktar tkun mgħaġġla d-dekompożizzjoni ta 'TaCl5, inqas tkun C ħielsa, iktar ikun kbir l-istress fil-kisi, u xquq jiġu ġġenerati faċilment. Madankollu, temperatura baxxa ta 'depożizzjoni se twassal għal effiċjenza aktar baxxa ta' depożizzjoni tal-kisi, ħin itwal ta 'depożizzjoni, u spejjeż ogħla tal-materja prima.
C. Pressjoni tad-depożizzjoni: Il-pressjoni tad-depożizzjoni hija relatata mill-qrib mal-enerġija ħielsa tal-wiċċ tal-materjal u se taffettwa l-ħin ta 'residenza tal-gass fil-kamra tar-reazzjoni, u b'hekk taffettwa l-veloċità tan-nukleazzjoni u d-daqs tal-partiċelli tal-kisi. Hekk kif il-pressjoni tad-depożizzjoni tiżdied, il-ħin tar-residenza tal-gass isir itwal, ir-reaġenti għandhom aktar ħin biex jgħaddu minn reazzjonijiet ta 'nukleazzjoni, ir-rata ta' reazzjoni tiżdied, il-partiċelli jsiru akbar, u l-kisja ssir eħxen; bil-maqlub, hekk kif il-pressjoni tad-depożizzjoni tonqos, il-ħin ta 'residenza tal-gass ta' reazzjoni huwa qasir, ir-rata ta 'reazzjoni tonqos, il-partiċelli jsiru iżgħar, u l-kisja hija irqaq, iżda l-pressjoni tad-depożizzjoni għandha ftit effett fuq l-istruttura tal-kristall u l-kompożizzjoni tal-kisi.
V. Xejra ta 'żvilupp tal-kisi tal-karbur tat-tantalu
Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' TaC (6.6 × 10−6K−1) huwa kemmxejn differenti minn dak ta 'materjali bbażati fuq il-karbonju bħal grafita, fibra tal-karbonju, u materjali komposti C/C, li jagħmel kisjiet TaC ta' fażi waħda suxxettibbli għall-qsim u jaqgħu barra. Sabiex itejbu aktar ir-reżistenza għall-ablazzjoni u l-ossidazzjoni, l-istabbiltà mekkanika f'temperatura għolja, u r-reżistenza għall-korrużjoni kimika f'temperatura għolja tal-kisi TaC, ir-riċerkaturi wettqu riċerka dwar sistemi ta 'kisi bħal sistemi ta' kisi komposti, sistemi ta 'kisi mtejba b'soluzzjoni solida, u gradjent sistemi ta' kisi.
Is-sistema ta 'kisi kompost hija li tagħlaq ix-xquq ta' kisi wieħed. Normalment, kisjiet oħra huma introdotti fis-saff tal-wiċċ jew ta 'ġewwa ta' TaC biex jiffurmaw sistema ta 'kisi kompost; is-sistema ta 'kisi li jsaħħaħ is-soluzzjoni solida HfC, ZrC, eċċ għandhom l-istess struttura kubi ċċentrata fuq il-wiċċ bħal TaC, u ż-żewġ karburi jistgħu jinħallu b'mod infinit f'xulxin biex jiffurmaw struttura ta' soluzzjoni solida. Il-kisja Hf(Ta)C hija ħielsa minn xquq u għandha adeżjoni tajba mal-materjal kompost C/C. Il-kisi għandu prestazzjoni eċċellenti kontra l-ablazzjoni; il-kisja tal-gradjent tas-sistema tal-kisi tal-gradjent tirreferi għall-konċentrazzjoni tal-komponent tal-kisi tul id-direzzjoni tal-ħxuna tagħha. L-istruttura tista 'tnaqqas l-istress intern, ittejjeb in-nuqqas ta' qbil tal-koeffiċjenti ta 'espansjoni termali, u tevita xquq.
(II) Prodotti tal-apparat tal-kisi tal-karbur tat-tantalu
Skont l-istatistiċi u t-tbassir tal-QYR (Hengzhou Bozhi), il-bejgħ globali tas-suq tal-kisi tal-karbur tat-tantalu fl-2021 laħaq 1.5986 miljun dollaru Amerikan (esklużi l-prodotti tal-apparat tal-kisi tal-karbur tat-tantalu li ġew prodotti u forniti minnha nnifisha ta 'Cree), u għadu kmieni stadji tal-iżvilupp tal-industrija.
1. Ċrieki ta 'espansjoni tal-kristall u griġjoli meħtieġa għat-tkabbir tal-kristall: Ibbażat fuq 200 fran għat-tkabbir tal-kristall għal kull intrapriża, is-sehem tas-suq ta' apparat miksi b'TaC meħtieġ minn 30 kumpanija tat-tkabbir tal-kristall huwa ta 'madwar 4.7 biljun wan.
2. Trejs TaC: Kull trej jista 'jġorr 3 wejfers, kull trej jista' jintuża għal xahar, u trej 1 jiġi kkunsmat għal kull 100 wejfer. 3 miljun wejfer jeħtieġu 30,000 trej TaC, kull trej huwa madwar 20,000 biċċa, u madwar 600 miljun huma meħtieġa kull sena.
3. Xenarji oħra ta' tnaqqis tal-karbonju. Bħal inforra tal-forn b'temperatura għolja, żennuna CVD, pajpijiet tal-forn, eċċ., madwar 100 miljun.
Ħin tal-post: Lulju-02-2024