Kakšne izzive je proces prevleke TAC za CVD za rast enojnih kristalov SIC pri obdelavi polprevodnikov?

Uvod

S hitrim razvojem novih energetskih vozil, 5G komunikacij in drugih polj se zahteve glede zmogljivosti za elektronske naprave povečujejo. Kot nova generacija širokih pasu polprevodniških materialov je silicijev karbid (SIC) postal prednostni material za napajalne elektronske naprave z odličnimi električnimi lastnostmi in toplotno stabilnostjo. Vendar pa se proces rasti SIC posameznih kristalov sooča s številnimi izzivi, med katerimi je uspešnost materialov toplotnega polja eden ključnih dejavnikov. Kot nova vrsta materiala s toplotnim poljem je CVD TAC prevleka postala učinkovit način za reševanje problema rasti enotnega kristala SIC zaradi odlične visoke temperaturne odpornosti, korozijske odpornosti in kemične stabilnosti. Ta članek bo globoko raziskal prednosti, značilnosti procesa in možnosti uporabe CVD TAC prevleke v SIC En sam kristalni rasti.

Ozadje industrije

1. Široka uporaba monokristalov SiC in težave, s katerimi se srečujejo v proizvodnem procesu

SIC enojni kristalni materiali delujejo dobro v okolju visokega temperature, visokega tlaka in visoke frekvence in se pogosto uporabljajo v električnih vozilih, obnovljivi energiji in visoko učinkovitosti. Glede na tržne raziskave naj bi velikost trga SIC do leta 2030 dosegla 9 milijard ameriških dolarjev, povprečna letna stopnja rasti pa več kot 20%. Vrhunska zmogljivost SIC je pomemben temelj za naslednjo generacijo elektronskih elektronskih naprav. Vendar pa se med rastjo enojnih kristalov SIC -ov materiali toplotnega polja soočajo s testom ekstremnih okolij, kot so visoka temperatura, visok tlak in korozivni plini. Tradicionalni materiali toplotnega polja, kot sta grafit in silicijev karbid, se zlahka oksidirajo in deformirajo pri visokih temperaturah in reagirajo z rastno atmosfero, kar vpliva na kakovost kristala.

2. Pomen CVD TAC prevleke kot materiala toplotnega polja

KVB TAC prevleka lahko zagotovi odlično stabilnost v visoki temperaturi in jedko okolju, zaradi česar je nepogrešljiv material za rast enojnih kristalov SIC. Študije so pokazale, da Tac prevleka lahko učinkovito podaljša življenjsko dobo materialov toplotnega polja in izboljša kakovost kristalov SIC. Tac prevleka lahko ostane stabilna v ekstremnih pogojih do 2300 ℃, pri čemer se izogne ​​oksidaciji substrata in kemični koroziji.

Pregled teme

1. Osnovna načela in prednosti CVD TaC prevleke

KVB TAC prevleka nastane z reakcijo in odlaganjem vira tantala (kot je TACL5) z virom ogljika pri visoki temperaturi in ima odlično visoko temperaturno odpornost, korozijsko odpornost in dobro oprijem. Njegova gosta in enakomerna struktura prevleke lahko učinkovito prepreči oksidacijo substrata in kemično korozijo.

2. Tehnični izzivi CVD postopka prevleke TaC

Čeprav ima CVD TAC prevleka veliko prednosti, v njegovem proizvodnem procesu še vedno obstajajo tehnični izzivi, kot so nadzor čistosti materiala, optimizacija procesnih parametrov in oprijemljivost prevleke.

Del I: Ključna vloga prevleke CVD TaC

●  Odpornost na visoke temperature

Tac tališče in termokemična stabilnost: TAC ima tališče več kot 3000 ℃, zaradi česar je stabilna pri ekstremnih temperaturah, kar je ključnega pomena za rast enojnih kristalov SIC.

Zmogljivost v ekstremnih temperaturnih okoljih med rastjo monokristala SiC**: Študije so pokazale, da lahko prevleka iz TaC učinkovito prepreči oksidacijo substrata v visokotemperaturnih okoljih 900–2300 ℃ in s tem zagotovi kakovost kristalov SiC.

● Korozijska restiranatance

Zaščitni učinek TAC prevleke na kemično erozijo v reakcijskih okoljih silicijevega karbida: TAC lahko učinkovito blokira erozijo reaktantov, kot sta SI in SIC₂ na substratu, kar podaljša življenjsko dobo materialov toplotnega polja.

●  Zahteve glede doslednosti in natančnosti

Nujnost pri enotnosti prevleke in nadzora debeline: Enotna debelina premaza je ključna za kakovost kristala, vsaka neenakomernost pa lahko privede do koncentracije toplotnega napetosti in nastajanja razpok.

Prevleka tantalovega karbida (TaC) na mikroskopskem prerezu

II. Del: Glavni izzivi procesa prevleke TAC CVD

●  Nadzor izvora in čistosti materiala

Težave s stroški in dobavno verigo surovin tantala visoke čistosti: Cena surovin tantala močno niha in dobava je nestabilna, kar vpliva na proizvodne stroške.

Kako sledovi nečistoč v materialu vplivajo na učinkovitost prevleke: Nečistoče lahko povzročijo poslabšanje učinkovitosti prevleke in s tem vplivajo na kakovost kristalov SiC.

●  Optimizacija parametrov procesa

Natančen nadzor temperature, tlaka in pretoka prevleke: Ti parametri neposredno vplivajo na kakovost prevleke in jih je treba natančno regulirati, da se zagotovi najboljši učinek nanašanja.

Kako se izogniti okvari prevleke na podlagah na velikih površinah: Napake so nagnjene k temu, da se pojavijo med odlaganjem velikega območja, za spremljanje in prilagoditev postopka odlaganja pa je treba razviti nova tehnična sredstva.

●  Oprijem premaza

Težave pri optimizaciji učinkovitosti adhezije med TAC prevleko in substratom: Razlike v koeficientih toplotne ekspanzije med različnimi materiali lahko vodijo do odstranjevanja, za izboljšanje adhezije pa so potrebne izboljšave lepil ali procesov odlaganja.

Potencialna tveganja in protiukrepi pri odlepitvi prevleke: Odlepitev lahko privede do proizvodnih izgub, zato je treba razviti nova lepila ali uporabiti kompozitne materiale za povečanje trdnosti lepljenja.

● Vzdrževanje opreme in stabilnost postopka

Kompleksnost in stroški vzdrževanja procesne opreme CVD: Oprema je draga in jo je težko vzdrževati, kar povečuje skupne proizvodne stroške.

Vprašanja doslednosti pri dolgoročnem postopku: dolgoročno delovanje lahko povzroči nihanje zmogljivosti, opremo pa je treba redno kalibrirati, da se zagotovi doslednost.

●  Varstvo okolja in nadzor stroškov

Obdelava stranskih produktov (kot so kloridi) med nanašanjem premaza: Odpadni plin je treba učinkovito obdelati, da ustreza standardom varstva okolja, kar poveča proizvodne stroške.

Kako uravnotežiti visoko zmogljivost in gospodarske koristi: Zmanjšanje proizvodnih stroškov ob zagotavljanju kakovosti premazov je pomemben izziv, s katerim se sooča industrija.

Del III: Rešitve za industrijo in mejne raziskave

● Nova tehnologija optimizacije procesov

Uporabite napredne algoritme za nadzor CVD, da dosežete višjo natančnost: z optimizacijo algoritma je mogoče izboljšati hitrost nanašanja in enakomernost ter s tem izboljšati učinkovitost proizvodnje.

Predstavitev novih plinskih formul ali dodatkov za izboljšanje učinkovitosti premaza: Študije so pokazale, da lahko dodajanje specifičnih plinov izboljša oprijem premaza in antioksidativne lastnosti.

● Preboj v materialnih raziskavah in razvoju

Izboljšanje zmogljivosti TAC s tehnologijo nanostrukturirane prevleke: nanostrukture lahko znatno izboljšajo trdoto in odpornost na obrabe premazov TAC in s tem povečajo njihovo delovanje v ekstremnih pogojih.

Sintetični alternativni premazni materiali (kot je kompozitna keramika): novi kompozitni materiali lahko zagotovijo boljše delovanje in zmanjšajo proizvodne stroške.

●  Avtomatizacija in digitalne tovarne

Spremljanje procesov s pomočjo umetne inteligence in tehnologije senzorjev: spremljanje v realnem času lahko pravočasno prilagodi parametre procesa in izboljša učinkovitost proizvodnje.

Izboljšajte učinkovitost proizvodnje in hkrati zmanjšate stroške: tehnologija avtomatizacije lahko zmanjša ročno intervencijo in izboljša splošno učinkovitost proizvodnje.