Sa pagkakaron, ang ikatulo nga henerasyon sa mga semiconductor gidominar sasilicon carbide. Sa istruktura sa gasto sa mga aparato niini, ang substrate nagkantidad sa 47%, ug ang epitaxy nagkantidad sa 23%. Ang duha nga magkauban nag-asoy sa mga 70%, nga mao ang labing hinungdanon nga bahin sasilicon carbidekadena sa industriya sa paghimo sa aparato.
Ang kasagarang gigamit nga paagi sa pag-andamsilicon carbideAng single nga mga kristal mao ang PVT (physical vapor transport) nga pamaagi. Ang prinsipyo mao ang paghimo sa mga hilaw nga materyales sa usa ka taas nga temperatura nga sona ug ang binhi nga kristal sa usa ka medyo ubos nga temperatura nga sona. Ang mga hilaw nga materyales sa usa ka mas taas nga temperatura madunot ug direkta nga naghimo sa gas phase substances nga walay liquid phase. Kini nga mga sangkap sa gas phase gidala sa kristal nga binhi sa ilawom sa pagmaneho sa gradient sa temperatura sa axial, ug nucleate ug motubo sa kristal nga binhi aron maporma ang usa ka kristal nga silicon carbide. Sa pagkakaron, ang mga langyaw nga kompanya sama sa Cree, II-VI, SiCrystal, Dow ug mga domestic nga kompanya sama sa Tianyue Advanced, Tianke Heda, ug Century Golden Core tanan naggamit niini nga pamaagi.
Adunay labaw pa sa 200 nga kristal nga mga porma sa silicon carbide, ug ang tukma nga pagkontrol gikinahanglan aron makamugna ang gikinahanglan nga usa ka kristal nga porma (ang mainstream mao ang 4H nga kristal nga porma). Sumala sa prospektus sa Tianyue Advanced, ang kristal nga sungkod sa kompanya sa 2018-2020 ug H1 2021 mao ang 41%, 38.57%, 50.73% ug 49.90% matag usa, ug ang substrate nga ani mao ang 72.61%, 75.15% matag usa, 75.15%. Ang komprehensibo nga ani sa pagkakaron anaa lamang sa 37.7%. Gikuha ang mainstream nga pamaagi sa PVT ingon usa ka pananglitan, ang mubu nga ani sa panguna tungod sa mga musunud nga kalisud sa pag-andam sa substrate sa SiC:
1. Ang kalisud sa pagkontrol sa natad sa temperatura: Ang SiC crystal rods kinahanglan nga himoon sa taas nga temperatura nga 2500 ℃, samtang ang silicon crystals nagkinahanglan lamang og 1500 ℃, busa gikinahanglan ang espesyal nga single crystal furnaces, ug ang temperatura sa pagtubo kinahanglan nga tukma nga kontrolon sa panahon sa produksyon , nga lisod kaayong kontrolahon.
2. Hinay nga katulin sa produksiyon: Ang rate sa pagtubo sa tradisyonal nga silicon nga mga materyales mao ang 300 mm kada oras, apan ang silicon carbide single crystals mahimo lamang nga motubo sa 400 microns kada oras, nga halos 800 ka pilo ang kalainan.
3. Taas nga mga kinahanglanon alang sa maayo nga mga parameter sa produkto, ug ang ani nga itom nga kahon lisud kontrolon sa oras: Ang kinauyokan nga mga parameter sa SiC wafers naglakip sa microtube density, dislocation density, resistivity, warpage, surface roughness, ug uban pa Sa panahon sa proseso sa pagtubo sa kristal, kini gikinahanglan aron tukma nga makontrol ang mga parameter sama sa silicon-carbon ratio, gradient sa temperatura sa pagtubo, rate sa pagtubo sa kristal, ug presyur sa airflow. Kung dili, ang mga polymorphic inklusyon lagmit nga mahitabo, nga moresulta sa dili kwalipikado nga mga kristal. Sa itom nga kahon sa graphite crucible, imposible nga maobserbahan ang kahimtang sa pagtubo sa kristal sa tinuud nga oras, ug gikinahanglan ang tukma nga pagkontrol sa thermal field, pagpares sa materyal, ug pagtipon sa kasinatian.
4. Kalisud sa pagpalapad sa kristal: Ubos sa pamaagi sa transportasyon sa gas phase, ang teknolohiya sa pagpalapad sa pagtubo sa kristal sa SiC lisud kaayo. Samtang nagkadako ang kristal nga gidak-on, ang kalisud sa pagtubo niini nagkadako.
5. Kasagaran ubos nga abot: Ang ubos nga ani kasagaran gilangkuban sa duha ka mga link: (1) Crystal rod yield = semiconductor-grade crystal rod output/(semiconductor-grade crystal rod output + non-semiconductor-grade crystal rod output) × 100%; (2) Substrate yield = qualified substrate output/(qualified substrate output + unqualified substrate output) × 100%.
Sa pag-andam sa taas nga kalidad ug taas nga abotmga substrate sa silicon carbide, ang kinauyokan nagkinahanglan og mas maayo nga thermal field nga mga materyales aron tukma nga makontrol ang temperatura sa produksyon. Ang thermal field crucible kits nga gigamit karon mao ang nag-una nga high-purity graphite structural parts, nga gigamit sa pagpainit ug pagtunaw sa carbon powder ug silicon powder ug pagpainit. Ang mga materyales sa graphite adunay mga kinaiya sa taas nga espesipikong kalig-on ug piho nga modulus, maayo nga thermal shock resistance ug corrosion resistance, apan sila adunay mga disadvantages nga daling ma-oxidized sa taas nga temperatura nga oxygen nga mga palibot, dili makasugakod sa ammonia, ug dili maayo nga scratch resistance. Sa proseso sa silicon carbide single kristal nga pagtubo ugsilicon carbide epitaxial waferproduksyon, kini mao ang lisud nga sa pagsugat sa mga tawo sa mas hugot nga mga kinahanglanon alang sa paggamit sa graphite nga mga materyales, nga seryoso nagpugong sa iyang kalamboan ug praktikal nga aplikasyon. Busa, ang taas nga temperatura nga mga coating sama sa tantalum carbide nagsugod na sa pagtungha.
2. Mga kinaiya saTantalum Carbide Coating
Ang TaC ceramic adunay lebel sa pagkatunaw hangtod sa 3880 ℃, taas nga katig-a (Mohs hardness 9-10), dako nga thermal conductivity (22W·m-1·K−1), dako nga bending strength (340-400MPa), ug gamay nga thermal expansion coefficient (6.6×10−6K−1), ug nagpakita ug maayo kaayong thermochemical nga kalig-on ug maayo kaayong pisikal nga mga kabtangan. Kini adunay maayo nga kemikal nga compatibility ug mekanikal nga compatibility sa graphite ug C / C composite nga mga materyales. Busa, ang TaC coating kaylap nga gigamit sa aerospace thermal protection, single crystal growth, energy electronics, ug medical equipment.
Gitabonan sa TaCAng graphite adunay mas maayo nga chemical corrosion resistance kay sa hubo nga graphite o SiC-coated graphite, mahimong gamiton nga lig-on sa taas nga temperatura nga 2600 °, ug dili motubag sa daghang mga elemento sa metal. Kini ang labing kaayo nga sapaw sa ikatulo nga henerasyon nga semiconductor nga usa ka pagtubo sa kristal ug mga senaryo sa pag-ukit sa wafer. Kini makapauswag pag-ayo sa pagkontrolar sa temperatura ug mga hugaw sa proseso ug pag-andamtaas nga kalidad nga silicon carbide wafersug may kalabutanepitaxial wafers. Kini ilabinang angay alang sa pagpatubo sa GaN o AlN nga single nga mga kristal nga adunay MOCVD nga kagamitan ug sa pagpatubo sa SiC nga single nga mga kristal nga adunay PVT nga kagamitan, ug ang kalidad sa mitubo nga single nga mga kristal kay miuswag pag-ayo.
III. Mga Kaayohan sa Tantalum Carbide Coated Devices
Ang paggamit sa Tantalum Carbide TaC coating makasulbad sa problema sa mga depekto sa sulab sa kristal ug makapauswag sa kalidad sa pagtubo sa kristal. Usa kini sa kinauyokan nga teknikal nga direksyon sa "pagtubo nga paspas, pagtubo sa baga, ug pagtubo sa taas". Gipakita usab sa panukiduki sa industriya nga ang Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible mahimo’g makab-ot ang labi ka uniporme nga pagpainit, sa ingon naghatag maayo nga pagkontrol sa proseso alang sa pagtubo sa usa ka kristal nga SiC, sa ingon makunhuran ang posibilidad sa pagporma sa polycrystalline sa ngilit sa mga kristal nga SiC. Dugang pa, ang Tantalum Carbide Graphite Coating adunay duha ka dagkong bentaha:
(I) Pagkunhod sa mga Depekto sa SiC
Sa mga termino sa pagpugong sa SiC nga usa ka kristal nga mga depekto, kasagaran adunay tulo ka hinungdanon nga mga paagi. Gawas pa sa pag-optimize sa mga parameter sa pagtubo ug taas nga kalidad nga gigikanan nga mga materyales (sama sa SiC source powder), ang paggamit sa Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible mahimo usab nga makab-ot ang maayo nga kalidad sa kristal.
Schematic diagram sa conventional graphite crucible (a) ug TAC coated crucible (b)
Sumala sa panukiduki sa Unibersidad sa Sidlakang Uropa sa Korea, ang nag-unang kahugawan sa pagtubo sa kristal sa SiC mao ang nitroheno, ug ang tantalum carbide nga adunay sapaw nga graphite crucibles mahimo nga epektibo nga limitahan ang paglakip sa nitroheno sa mga kristal nga SiC, sa ingon makunhuran ang henerasyon sa mga depekto sama sa micropipes ug pagpaayo sa kristal. kalidad. Gipakita sa mga pagtuon nga ubos sa sama nga mga kondisyon, ang mga konsentrasyon sa carrier sa SiC wafers nga gipatubo sa conventional graphite crucibles ug TAC coated crucibles gibana-bana nga 4.5 × 1017 / cm ug 7.6 × 1015 / cm, matag usa.
Pagtandi sa mga depekto sa SiC single nga kristal nga gipatubo sa conventional graphite crucibles (a) ug TAC coated crucibles (b)
(II) Pagpauswag sa kinabuhi sa graphite crucibles
Sa pagkakaron, ang gasto sa SiC nga mga kristal nagpabilin nga taas, diin ang gasto sa mga graphite consumables nagkantidad ug mga 30%. Ang yawe sa pagpakunhod sa gasto sa graphite consumables mao ang pagdugang sa iyang serbisyo sa kinabuhi. Sumala sa datos gikan sa usa ka British research team, ang tantalum carbide coatings makapalugway sa serbisyo sa graphite components sa 30-50%. Sumala sa kini nga kalkulasyon, ang pag-ilis lamang sa tantalum carbide coated graphite makapakunhod sa gasto sa mga kristal sa SiC sa 9% -15%.
4. Tantalum carbide coating nga proseso sa pag-andam
Ang mga pamaagi sa pag-andam sa TaC coating mahimong bahinon sa tulo ka mga kategorya: solid phase method, liquid phase method ug gas phase method. Ang solid phase method nag-una naglakip sa pagkunhod sa pamaagi ug kemikal nga pamaagi; ang liquid phase method naglakip sa molten salt method, sol-gel method (Sol-Gel), slurry-sintering method, plasma spraying method; ang pamaagi sa gas phase naglakip sa chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor infiltration (CVI) ug physical vapor deposition (PVD). Ang lainlaing mga pamaagi adunay kaugalingon nga mga bentaha ug disbentaha. Lakip niini, ang CVD usa ka medyo hamtong ug kaylap nga gigamit nga pamaagi alang sa pag-andam sa mga coat nga TaC. Uban sa padayon nga pag-uswag sa proseso, bag-ong mga proseso sama sa hot wire chemical vapor deposition ug ion beam assisted chemical vapor deposition naugmad.
Ang TaC coating nga giusab nga carbon-based nga mga materyales nag-una naglakip sa graphite, carbon fiber, ug carbon/carbon composite nga mga materyales. Ang mga pamaagi sa pag-andam sa TaC coatings sa graphite naglakip sa plasma spraying, CVD, slurry sintering, ug uban pa.
Mga kaayohan sa pamaagi sa CVD: Ang pamaagi sa CVD alang sa pag-andam sa mga coating sa TaC gibase sa tantalum halide (TaX5) isip tinubdan sa tantalum ug hydrocarbon (CnHm) isip tinubdan sa carbon. Ubos sa pipila ka mga kondisyon, sila madugta ngadto sa Ta ug C matag usa, ug dayon mo-react sa usag usa aron makakuha og TaC coatings. Ang pamaagi sa CVD mahimo nga himuon sa usa ka mas ubos nga temperatura, nga makalikay sa mga depekto ug pagkunhod sa mekanikal nga mga kabtangan nga gipahinabo sa pag-andam sa taas nga temperatura o pagtambal sa mga coating sa usa ka sukod. Ang komposisyon ug istruktura sa coating makontrol, ug kini adunay mga bentaha sa taas nga kaputli, taas nga density, ug parehas nga gibag-on. Labaw sa tanan, ang komposisyon ug istruktura sa TaC coatings nga giandam sa CVD mahimong gidisenyo ug dali makontrol. Kini usa ka medyo hamtong ug kaylap nga gigamit nga pamaagi alang sa pag-andam sa taas nga kalidad nga TaC coatings.
Ang kinauyokan nga mga hinungdan nga nakaimpluwensya sa proseso naglakip sa:
A. Gas flow rate (tantalum source, hydrocarbon gas as carbon source, carrier gas, dilution gas Ar2, pagkunhod sa gas H2): Ang pagbag-o sa gas flow rate adunay dako nga impluwensya sa natad sa temperatura, pressure field, ug gas flow field sa ang reaction chamber, nga miresulta sa mga kausaban sa komposisyon, istruktura, ug performance sa coating. Ang pagdugang sa rate sa pag-agos sa Ar makapahinay sa pagtubo sa coating ug pagkunhod sa gidak-on sa lugas, samtang ang molar mass ratio sa TaCl5, H2, ug C3H6 makaapekto sa komposisyon sa coating. Ang molar ratio sa H2 ngadto sa TaCl5 kay (15-20):1, nga mas angay. Ang molar ratio sa TaCl5 ngadto sa C3H6 kay theoretically duol sa 3:1. Ang sobra nga TaCl5 o C3H6 maoy hinungdan sa pagkaporma sa Ta2C o free carbon, nga makaapekto sa kalidad sa wafer.
B. Deposition temperature: Kon mas taas ang temperatura sa deposition, mas paspas ang deposition rate, mas dako ang gidak-on sa lugas, ug mas baga ang coating. Dugang pa, ang temperatura ug gikusgon sa hydrocarbon decomposition ngadto sa C ug TaCl5 decomposition ngadto sa Ta lahi, ug ang Ta ug C mas lagmit nga maporma ang Ta2C. Ang temperatura adunay dakong impluwensya sa TaC coating modified carbon nga mga materyales. Samtang nagkataas ang temperatura sa pagdeposito, ang pagtaas sa rate sa pagdeposito, ang gidak-on sa partikulo nagdugang, ug ang porma sa partikulo nagbag-o gikan sa spherical hangtod sa polyhedral. Dugang pa, kon mas taas ang temperatura sa deposition, mas paspas ang pagkadunot sa TaCl5, mas gamay ang libre nga C, mas dako ang stress sa coating, ug ang mga liki dali nga mamugna. Bisan pa, ang ubos nga temperatura sa pagdeposito modala ngadto sa ubos nga pagkaayo sa pagdeposito sa coating, mas taas nga oras sa pagdeposito, ug mas taas nga gasto sa hilaw nga materyales.
C. Deposition pressure: Deposition pressure suod nga nalangkit sa libre nga enerhiya sa materyal nga nawong ug makaapekto sa gas residence time sa reaction chamber, sa ingon makaapekto sa nucleation speed ug particle size sa coating. Samtang ang presyur sa deposition nagdugang, ang oras sa pinuy-anan sa gas mahimong mas taas, ang mga reactant adunay daghang oras sa pag-agi sa mga reaksyon sa nucleation, ang rate sa reaksyon nagdugang, ang mga partikulo mahimong mas dako, ug ang coating mahimong mas baga; Sa kasukwahi, samtang ang presyur sa deposition mikunhod, ang oras sa pagpuyo sa reaksyon sa gas mubo, ang rate sa reaksyon mohinay, ang mga partikulo mahimong mas gamay, ug ang coating mas manipis, apan ang presyur sa deposition adunay gamay nga epekto sa istruktura sa kristal ug komposisyon sa coating.
V. Pag-uswag nga uso sa tantalum carbide coating
Ang thermal expansion coefficient sa TaC (6.6×10−6K−1) medyo lahi sa carbon-based nga mga materyales sama sa graphite, carbon fiber, ug C/C composite nga mga materyales, nga naghimo sa single-phase TaC coatings nga daling maliki ug pagkahulog. Aron mapauswag pa ang resistensya sa ablation ug oksihenasyon, taas nga temperatura nga mekanikal nga kalig-on, ug taas nga temperatura nga kemikal nga pagsukol sa kaagnasan sa TaC coatings, ang mga tigdukiduki nagpahigayon panukiduki bahin sa mga sistema sa coating sama sa mga composite coating system, solid solution-enhanced coating system, ug gradient. mga sistema sa coating.
Ang composite coating system mao ang pagsira sa mga liki sa usa ka coating. Kasagaran, ang ubang mga coatings gipaila-ila sa ibabaw o sa sulod nga layer sa TaC aron maporma ang usa ka composite coating system; ang solid solution nga nagpalig-on sa coating system nga HfC, ZrC, ug uban pa adunay parehas nga face-centered cubic structure sama sa TaC, ug ang duha ka carbide mahimong walay katapusan nga matunaw sa usag usa aron maporma ang solid solution structure. Ang Hf(Ta)C coating walay crack-free ug maayo ang pagkadikit sa C/C composite material. Ang coating adunay maayo kaayo nga anti-ablation performance; ang gradient coating system gradient coating nagtumong sa konsentrasyon sa sangkap sa coating sa direksyon sa gibag-on niini. Ang istruktura makapakunhod sa internal nga kapit-os, makapauswag sa mismatch sa thermal expansion coefficients, ug makalikay sa mga liki.
(II) Tantalum carbide coating device nga mga produkto
Sumala sa mga estadistika ug mga panagna sa QYR (Hengzhou Bozhi), ang global nga tantalum carbide coating market sales kaniadtong 2021 miabot sa US $ 1.5986 milyon (wala’y labot ang mga produkto sa tantalum carbide coating nga hinimo sa kaugalingon ug kaugalingon nga gihatag sa Cree), ug kini sa sayo pa. mga yugto sa pag-uswag sa industriya.
1. Ang mga singsing sa pagpalapad sa kristal ug mga crucibles nga gikinahanglan alang sa pagtubo sa kristal: Base sa 200 ka kristal nga mga hurno sa pagtubo matag negosyo, ang bahin sa merkado sa TaC nga adunay sapaw nga mga himan nga gikinahanglan sa 30 ka mga kompanya sa pagtubo sa kristal maoy mga 4.7 bilyon nga yuan.
2. TaC trays: Ang matag tray mahimong magdala og 3 ka wafer, matag tray mahimong gamiton sulod sa 1 ka bulan, ug 1 ka tray ang mahurot sa matag 100 ka wafer. Ang 3 milyon nga mga wafer nanginahanglan 30,000 nga TaC tray, ang matag tray mga 20,000 ka piraso, ug mga 600 milyon ang gikinahanglan matag tuig.
3. Ubang mga senaryo sa pagkunhod sa carbon. Sama sa taas nga temperatura nga lining sa hudno, CVD nozzle, mga tubo sa hudno, ug uban pa, mga 100 milyon.
Oras sa pag-post: Hul-02-2024