З якими проблемами стикається процес покриття CVD для росту монокристалі SIC при напівпровідниковій обробці?

Вступ

Завдяки швидкому розвитку нових енергетичних транспортних засобів, 5G комунікацій та інших полів вимоги до продуктивності для електронних пристроїв живлення збільшуються. Як нове покоління широких напівпровідникових матеріалів, кремнієвий карбід (SIC) став кращим матеріалом для електронних пристроїв потужностей з його чудовими електричними властивостями та термічною стійкістю. Однак процес росту монокристалів SIC стикається з багатьма проблемами, серед яких продуктивність матеріалів теплового поля є одним із ключових факторів. Як новий тип матеріалу теплового поля, покриття CVD TAC стало ефективним способом вирішення проблеми зростання монокристалі SIC завдяки відмінній високій температурній стійкості, корозійній стійкості та хімічній стабільності. Ця стаття глибоко вивчить переваги, характеристики процесу та перспективи застосування покриття CVD TAC у зростанні монокристалу SIC.

Галузевий досвід

1. Широке застосування монокристалів SiC і проблеми, з якими вони стикаються в процесі виробництва

СІК-кристалічні матеріали добре працюють у середовищах високої температури, високого тиску та високих частот, і широко використовуються в електромобілях, відновлюваних джерелах енергії та потужностях високої ефективності. За даними Market Research, очікується, що розмір ринку SIC до 2030 року досягне 9 мільярдів доларів США, середньорічний темп зростання більше 20%. Вища продуктивність SIC робить його важливим фундаментом для наступного покоління енергетичних електронних пристроїв. Однак під час зростання монокристалів SIC теплові польові матеріали стикаються з випробуванням екстремальних середовищ, таких як висока температура, високий тиск та корозійні гази. Традиційні матеріали теплового поля, такі як карбід графіту та кремнію, легко окислюються та деформуються при високих температурах, і реагують на атмосферу росту, що впливає на якість кристала.

2. Важливість покриття CVD TAC як матеріалу теплового поля

Покриття CVD TAC може забезпечити відмінну стабільність у високотемпературних та корозійних середовищах, що робить його незамінним матеріалом для росту монокристалів SIC. Дослідження показали, що покриття TAC може ефективно продовжити термін служби матеріалів теплового поля та покращити якість кристалів SIC. Покриття TAC може залишатися стабільним в екстремальних умовах до 2300 ℃, уникаючи окислення субстрату та хімічної корозії.

Огляд теми

1. Основні принципи та переваги покриття CVD TaC

Покриття CVD TAC утворюється шляхом реагування та осадження джерела туману (наприклад, TACL5) з джерелом вуглецю при високій температурі та має відмінну високу температуру, стійкість до корозії та хороша адгезія. Його щільна та рівномірна структура покриття може ефективно запобігти окисленню субстрату та хімічній корозії.

2. Технічні проблеми процесу покриття CVD TAC

Хоча покриття CVD TAC має багато переваг, у його виробничому процесі все ще існують технічні проблеми, такі як контроль чистоти матеріалу, оптимізація параметрів процесів та адгезія покриття.

Частина I: Ключова роль покриття CVD TAC

●  Стійкість до високих температур

ТАК ТОПЛІВ ТА ТЕРМОХІМІЧНА СТАЛЬНІСТЬ: TAC має температуру плавлення понад 3000 ℃, що робить його стабільним при екстремальних температурах, що має вирішальне значення для росту монокристалів SIC.

Ефективність в екстремальних температурах під час вирощування монокристалів SiC**: дослідження показали, що покриття TaC може ефективно запобігати окисленню підкладки в середовищах з високою температурою 900-2300 ℃, тим самим забезпечуючи якість кристалів SiC.

● Корозійна резиденціятанець

Захисний вплив покриття TaC на хімічну ерозію в середовищах реакції карбіду кремнію: TaC може ефективно блокувати ерозію реагентів, таких як Si та SiC₂, на підкладці, подовжуючи термін служби матеріалів теплового поля.

●  Вимоги до послідовності та точності

Необхідність покриття рівномірності та контролю товщини: рівномірна товщина покриття має вирішальне значення для якості кристалів, і будь -яка нерівність може призвести до концентрації теплового напруги та утворення тріщин.

Покриття з карбіду танталу (TaC) на мікроскопічному поперечному зрізі

Частина II: Основні проблеми процесу нанесення покриттів CVD TaC

● Джерело матеріалу та контроль чистоти

Проблеми з вартістю та ланцюгом постачання танталової сировини високої чистоти: ціна танталової сировини сильно коливається, а поставка нестабільна, що впливає на собівартість виробництва.

Як сліди домішок у матеріалі впливають на характеристики покриття: домішки можуть спричинити погіршення характеристик покриття, тим самим впливаючи на якість кристалів SiC.

●  Оптимізація параметрів процесу

Точний контроль температури покриття, тиску та потоку газу: ці параметри безпосередньо впливають на якість покриття та потребують точного регулювання для забезпечення найкращого ефекту осадження.

Як уникнути дефектів покриття на субстратах великої площі: дефекти схильні виникати під час осадження великої площі, і нові технічні засоби необхідно розробити для моніторингу та регулювання процесу осадження.

● Адгезія покриття

Труднощі в оптимізації ефективності адгезії між покриттям TaC і основою: відмінності в коефіцієнтах теплового розширення між різними матеріалами можуть призвести до роз’єднання, і для покращення адгезії необхідні вдосконалення адгезивів або процесів нанесення.

Потенційні ризики та заходи протидії роз’єднанню покриття: роз’єднання може призвести до виробничих втрат, тому необхідно розробити нові клеї або використовувати композитні матеріали для підвищення міцності з’єднання.

●  Обслуговування обладнання та стабільність процесу

Складність і вартість технічного обслуговування технологічного обладнання CVD: обладнання є дорогим і його важко обслуговувати, що збільшує загальну вартість виробництва.

Проблеми узгодженості в довгостроковій експлуатації процесу: довгострокова робота може спричинити коливання продуктивності, а обладнання потрібно регулярно відкалібрувати для забезпечення узгодженості.

●  Захист навколишнього середовища та контроль витрат

Обробка побічних продуктів (таких як хлориди) під час нанесення покриття: відпрацьований газ необхідно ефективно очищати, щоб відповідати стандартам захисту навколишнього середовища, що збільшує витрати на виробництво.

Як збалансувати високу продуктивність та економічні вигоди: зниження виробничих витрат із одночасним забезпеченням якості покриття є важливим завданням, що стоїть перед галуззю.

Частина III: Промислові рішення та прикордонні дослідження

●  Нова технологія оптимізації процесів

Використовуйте розширені алгоритми контролю CVD для досягнення вищої точності: за допомогою оптимізації алгоритму швидкість осадження та однорідність можна покращити, тим самим підвищуючи ефективність виробництва.

Представлення нових газових формул або добавок для покращення характеристик покриття: дослідження показали, що додавання певних газів може покращити адгезію покриття та антиоксидантні властивості.

●  Прорив у дослідженні та розробці матеріалів

Поліпшення продуктивності TAC за допомогою наноструктурованої технології покриття: наноструктури можуть значно покращити твердість та зношуваність TAC покриття, тим самим підвищуючи їх продуктивність в екстремальних умовах.

Альтернативні синтетичні матеріали для покриття (наприклад, композитна кераміка): нові композитні матеріали можуть забезпечити кращі характеристики та знизити витрати на виробництво.

● Автоматизація та цифрові фабрики

Моніторинг процесів за допомогою штучного інтелекту та сенсорної технології: Моніторинг в режимі реального часу може вчасно регулювати параметри процесу та підвищити ефективність виробництва.

Поліпшити ефективність виробництва при зниженні витрат: технологія автоматизації може зменшити ручне втручання та підвищити загальну ефективність виробництва.