Apakah cabaran yang dilakukan oleh proses salutan TAC CVD untuk wajah pertumbuhan kristal tunggal dalam pemprosesan semikonduktor?

Pengenalan

Dengan perkembangan pesat kenderaan tenaga baharu, komunikasi 5G dan bidang lain, keperluan prestasi untuk peranti elektronik kuasa semakin meningkat. Sebagai generasi baharu bahan semikonduktor celah jalur lebar, silikon karbida (SiC) telah menjadi bahan pilihan untuk peranti elektronik kuasa dengan sifat elektrik yang sangat baik dan kestabilan haba. Walau bagaimanapun, proses pertumbuhan kristal tunggal SiC menghadapi banyak cabaran, antaranya prestasi bahan medan haba adalah salah satu faktor utama. Sebagai bahan medan haba jenis baharu, salutan TaC CVD telah menjadi cara yang berkesan untuk menyelesaikan masalah pertumbuhan kristal tunggal SiC kerana rintangan suhu tinggi yang sangat baik, rintangan kakisan dan kestabilan kimia. Artikel ini akan meneroka secara mendalam kelebihan, ciri proses dan prospek aplikasi salutan TaC CVD dalam pertumbuhan kristal tunggal SiC.

Latar Belakang Industri

1. Penggunaan meluas kristal tunggal SiC dan masalah yang mereka hadapi dalam proses pengeluaran

Bahan kristal tunggal sic berfungsi dengan baik dalam suhu tinggi, tekanan tinggi dan persekitaran frekuensi tinggi, dan digunakan secara meluas dalam kenderaan elektrik, tenaga boleh diperbaharui dan bekalan kuasa kecekapan tinggi. Menurut penyelidikan pasaran, saiz pasaran SIC dijangka mencapai US $ 9 bilion menjelang 2030, dengan kadar pertumbuhan tahunan purata lebih daripada 20%. Prestasi unggul SIC menjadikannya asas penting untuk generasi peranti elektronik kuasa akan datang. Walau bagaimanapun, semasa pertumbuhan kristal tunggal SIC, bahan medan terma menghadapi ujian persekitaran yang melampau seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gas yang menghakis. Bahan medan terma tradisional seperti grafit dan karbida silikon mudah dioksidakan dan cacat pada suhu tinggi, dan bertindak balas dengan atmosfera pertumbuhan, yang mempengaruhi kualiti kristal.

2. Kepentingan salutan CVD TAC sebagai bahan medan terma

Salutan TaC CVD boleh memberikan kestabilan yang sangat baik dalam persekitaran suhu tinggi dan menghakis, menjadikannya bahan yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan kristal tunggal SiC. Kajian telah menunjukkan bahawa salutan TaC boleh memanjangkan hayat perkhidmatan bahan medan haba dengan berkesan dan meningkatkan kualiti kristal SiC. Salutan TaC boleh kekal stabil dalam keadaan melampau sehingga 2300 ℃, mengelakkan pengoksidaan substrat dan kakisan kimia.

Gambaran keseluruhan topik

1. Prinsip asas dan kelebihan salutan TaC CVD

Salutan TaC CVD dibentuk dengan bertindak balas dan mendepositkan sumber tantalum (seperti TaCl5) dengan sumber karbon pada suhu tinggi, dan mempunyai rintangan suhu tinggi yang sangat baik, rintangan kakisan dan lekatan yang baik. Struktur salutannya yang padat dan seragam boleh menghalang pengoksidaan substrat dan kakisan kimia dengan berkesan.

2. Cabaran Teknikal Proses Salutan TAC CVD

Walaupun salutan CVD TaC mempunyai banyak kelebihan, masih terdapat cabaran teknikal dalam proses pengeluarannya, seperti kawalan ketulenan bahan, pengoptimuman parameter proses, dan lekatan salutan.

Bahagian I: Peranan utama salutan CVD TAC

● Rintangan suhu tinggi

TaC lebur dan kestabilan termokimia: TaC mempunyai takat lebur lebih daripada 3000 ℃, yang menjadikannya stabil pada suhu yang melampau, yang penting untuk pertumbuhan kristal tunggal SiC.

Prestasi dalam persekitaran suhu yang melampau semasa pertumbuhan kristal tunggal SiC**: Kajian telah menunjukkan bahawa salutan TaC boleh menghalang pengoksidaan substrat dengan berkesan dalam persekitaran suhu tinggi 900-2300 ℃, dengan itu memastikan kualiti kristal SiC.

●  Kerintangan kakisantance

Kesan perlindungan TAC Coating terhadap hakisan kimia dalam persekitaran reaksi karbida silikon: TAC secara berkesan dapat menghalang hakisan reaktan seperti Si dan Sic₂ pada substrat, memperluaskan hayat perkhidmatan bahan -bahan medan terma.

●  Keperluan ketekalan dan ketepatan

Keperluan dalam keseragaman salutan dan kawalan ketebalan: Ketebalan salutan seragam adalah penting untuk kualiti kristal, dan sebarang ketidaksamaan boleh menyebabkan kepekatan tegasan haba dan pembentukan retak.

Salutan Tantalum Carbide (TAC) pada keratan rentas mikroskopik

Bahagian II: Cabaran utama proses salutan CVD TAC

●  Sumber Bahan dan Kawalan Kesucian

Kos dan Isu Rantaian Bekalan Bahan Mentah Tantalum Ketulenan Tinggi: Harga bahan mentah tantalum sangat turun naik dan bekalan tidak stabil, yang menjejaskan kos pengeluaran.

Bagaimana kekotoran dalam bahan mempengaruhi prestasi salutan: kekotoran boleh menyebabkan prestasi salutan merosot, sehingga mempengaruhi kualiti kristal SIC.

●  Pengoptimuman Parameter Proses

Kawalan tepat suhu salutan, tekanan dan aliran gas: Parameter ini mempunyai kesan langsung terhadap kualiti salutan dan perlu dikawal selia dengan baik untuk memastikan kesan pemendapan yang terbaik.

Cara Mengelakkan Kecacatan Salutan pada Substrat Kawasan Besar: Kecacatan cenderung berlaku semasa pemendapan kawasan besar, dan cara teknikal baharu perlu dibangunkan untuk memantau dan melaraskan proses pemendapan.

●  Lekatan Salutan

Kesukaran dalam Mengoptimumkan Prestasi Lekatan antara Salutan TaC dan Substrat: Perbezaan dalam Pekali Pengembangan Terma antara Bahan Berbeza Boleh Membawa kepada Penyahikatan, dan Penambahbaikan dalam Proses Pelekat atau Pemendapan Diperlukan untuk Meningkatkan Lekatan.

Potensi Risiko dan Langkah Balasan Penyahikatan Salutan: Penyahikatan boleh menyebabkan kehilangan pengeluaran, jadi adalah perlu untuk membangunkan pelekat baharu atau menggunakan bahan komposit untuk meningkatkan kekuatan ikatan.

● Penyelenggaraan peralatan dan kestabilan proses

Kos kerumitan dan penyelenggaraan peralatan proses CVD: Peralatannya mahal dan sukar dikekalkan, yang meningkatkan kos pengeluaran keseluruhan.

Isu ketekalan dalam operasi proses jangka panjang: Operasi jangka panjang boleh menyebabkan turun naik prestasi, dan peralatan perlu ditentukur dengan kerap untuk memastikan konsistensi.

●  Perlindungan alam sekitar dan kawalan kos

Rawatan produk sampingan (seperti klorida) semasa salutan: gas sisa perlu dirawat dengan berkesan untuk memenuhi piawaian perlindungan alam sekitar, yang meningkatkan kos pengeluaran.

Cara mengimbangi prestasi tinggi dan faedah ekonomi: Mengurangkan kos pengeluaran sambil memastikan kualiti salutan merupakan cabaran penting yang dihadapi oleh industri.

Bahagian III: Penyelesaian Industri dan Penyelidikan Frontier

● Teknologi Pengoptimuman Proses Baru

Gunakan algoritma kawalan CVD lanjutan untuk mencapai ketepatan yang lebih tinggi: Melalui pengoptimuman algoritma, kadar pemendapan dan keseragaman boleh dipertingkatkan, sekali gus meningkatkan kecekapan pengeluaran.

Memperkenalkan formula atau bahan tambahan gas baharu untuk meningkatkan prestasi salutan: Kajian telah menunjukkan bahawa penambahan gas tertentu boleh meningkatkan lekatan salutan dan sifat antioksidan.

●  Terobosan dalam Penyelidikan dan Pembangunan Bahan

Peningkatan prestasi TAC oleh teknologi salutan nanostructured: Struktur nanos dapat meningkatkan kekerasan dan rintangan memakai salutan TAC, dengan itu meningkatkan prestasi mereka di bawah keadaan yang melampau.

Bahan salutan alternatif sintetik (seperti seramik komposit): Bahan komposit baru boleh memberikan prestasi yang lebih baik dan mengurangkan kos pengeluaran.

●  Kilang automasi dan digital

Pemantauan proses dengan bantuan kecerdasan buatan dan teknologi sensor: Pemantauan masa nyata boleh melaraskan parameter proses dalam masa dan meningkatkan kecekapan pengeluaran.

Meningkatkan kecekapan pengeluaran sambil mengurangkan kos: Teknologi automasi boleh mengurangkan campur tangan manual dan meningkatkan kecekapan pengeluaran keseluruhan.