የሲሲ ሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች ለሴሚኮንዳክተር ስርጭት እና ለኦክሳይድ ምድጃዎች አስፈላጊ የሆኑት ለምንድነው?

የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ሂደቶች ወደ ትላልቅ የዋፈር መጠኖች፣ ጥብቅ የሙቀት መጠን እና ዝቅተኛ የጉድለት መቻቻል እየቀየሩ ሲሄዱ፣ በከፍተኛ ሙቀት ሂደት መሳሪያዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉ ቁሳቁሶች በጣም ወሳኝ እየሆኑ መጥተዋል። ከእነዚህ ቁልፍ የፍጆታ ዕቃዎች እና መዋቅራዊ ክፍሎች መካከል፣ የሲሊኮን ካርቦይድ (SiC) የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች በዘመናዊ ስርጭት እና ኦክሲዴሽን ምድጃ ስርዓቶች ውስጥ በጣም አስፈላጊ ከሆኑ የማስቻል ቴክኖሎጂዎች አንዱ ሆነው ብቅ ብለዋል።

በተራቀቁ የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ አካባቢዎች፣ በቀጥታ የሙቀት ወጥነት፣ የቅንጣት ማመንጨት፣ የዋፈር ውጥረት ስርጭት፣ የሂደት መረጋጋት እና በመጨረሻም የመሳሪያ ምርት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ።

በተለይም በ300ሚሜ ዋፈር ማምረቻ፣ በሃይል ሴሚኮንዳክተር ማምረቻ እና በሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ምርት ውስጥ፣ የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች በተሻለ የሙቀት እና ሜካኒካል ባህሪያቸው ምክንያት ባህላዊ ኳርትዝ-ተኮር ተሸካሚ ስርዓቶችን በፍጥነት እየተተኩ ነው።

የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባ ምንድን ነው?

የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባ ከፍተኛ ሙቀት ያለው ዋፈር የሚሸከም መዋቅር ሲሆን ከተራቀቁ የሲሊኮን ካርቦይድ ላይ የተመሰረቱ ሴራሚክስዎች የተሰራ ነው። ዋናው ዓላማው በሙቀት ሕክምና ስራዎች ወቅት በርካታ ሴሚኮንዳክተር ዋፈርዎችን በአቀባዊ ወይም አግድም ምድጃ ስርዓቶች በኩል ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ መደገፍ እና ማጓጓዝ ነው።

አንድ የተለመደ የዋፈር ጀልባ በማቀነባበር ወቅት ከፍተኛ ቁጥጥር የሚደረግበት የዋፈር ክፍተትን ለመጠበቅ የተነደፉ በርካታ ትክክለኛ የተነደፉ የዋፈር ክፍተቶችን ይይዛል። በአተገባበሩ ላይ በመመስረት፣ መዋቅሩ የድጋፍ ጨረሮችን፣ የካንቲሌቨር ክንዶችን፣ የአየር ፍሰትን የተመቻቹ ጂኦሜትሪዎችን እና የሙቀት መጠንን ለመቀነስ የተነደፉ ቀላል ክብደት ያላቸውን የማጠናከሪያ ክፍሎችን ሊያካትት ይችላል።

በሴሚኮንዳክተር ምድጃ ስርዓቶች ውስጥ፣ የዋፈር ጀልባዎች በዋፈር እና በሙቀት ማቀነባበሪያ አካባቢ መካከል እንደ በይነገጽ ውጤታማ በሆነ መንገድ ያገለግላሉ። የመሳሪያው ልኬቶች ወደ የላቀ የቴክኖሎጂ ኖዶች እየቀነሱ ሲሄዱ፣ በዋፈር ድጋፍ መዋቅር ውስጥ ያሉ ጥቃቅን አለመረጋጋቶች እንኳን የሂደቱን ተደጋጋሚነት እና የጉድለት አፈፃፀም ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ።

ይህ የላቁ የእቶን አምራቾች ከባህላዊ የተዋሃዱ የኳርትዝ ስርዓቶች ይልቅ ከፍተኛ ንፁህ የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ክፍሎችን ከጊዜ ወደ ጊዜ እየተጠቀሙበት ካሉት ምክንያቶች አንዱ ነው።

ሚናውsበስርጭት እና ኦክሲዴሽን ምድጃ ስርዓቶች ውስጥ

ስርጭትና ኦክሳይድ በሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ውስጥ ካሉት በጣም መሠረታዊ የሙቀት ሂደቶች መካከል ይቆያሉ። እነዚህ ሂደቶች ለዶፓንት ማግበር፣ ለሙቀት ኦክሳይድ እድገት፣ ለማንጻት፣ ለድራይቭ-ኢን ስርጭት እና ለዳይኤሌክትሪክ ምስረታ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ።

የተለመደው የአሠራር የሙቀት መጠን እንደ ሂደት ኬሚስትሪ እና የመሳሪያ መስፈርቶች ከ900°ሴ እስከ 1200°ሴ ይደርሳል። በአንዳንድ የላቀ የኃይል ሴሚኮንዳክተር ወይም የሲሲ መሣሪያ አፕሊኬሽኖች ውስጥ የሙቀት ዑደቶች ከ1300°ሴ ሊበልጡ ይችላሉ።

በእነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ፣ የዋፈር ጀልባው ብክለትን በመቀነስ እና ወጥ የሆነ የዋፈር ክፍተትን በመጠበቅ በተራዘሙ የሙቀት ዑደቶች ላይ የመለኪያ መረጋጋትን መጠበቅ አለበት።

ባህላዊ የኳርትዝ ዋፈር ጀልባዎች ለረጅም ጊዜ በማሰራጫ ምድጃዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ሲውሉ የቆዩት ከፍተኛ ንፅህና እና በአንጻራዊነት ዝቅተኛ ዋጋ ስላላቸው ነው። ሆኖም ግን፣ የኳርትዝ ቁሳቁሶች በአንጻራዊ ሁኔታ ዝቅተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል ያሳያሉ - በተለምዶ በክፍል ሙቀት 1.4 W/m·K አካባቢ።

ለማነፃፀር፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ በተለምዶ እንደ ደረጃ እና ማይክሮ መዋቅር ከ120 ~ 200 W/m·K የሚደርሱ የሙቀት ማስተላለፊያ እሴቶችን ያሳያሉ።

ይህ አስደናቂ ልዩነት በምድጃው ጭነት ውስጥ የሙቀት ወጥነትን በእጅጉ ያሻሽላል።

ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ የሚከተሉትን ያስችላል፦

● ተጨማሪ ወጥ የሆነ የዋፈር ማሞቂያ

● የሙቀት ቅልጥፍናዎች መቀነስ

● የተሻሻለ የዋፈር-ወደ-ዋፈር ወጥነት

● ዝቅተኛ የሙቀት ጭንቀት ክምችት

● በኦክሳይድ ወይም ስርጭት ወቅት የጠርዝ ተፅእኖዎች መቀነስ

በተራቀቀ የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ውስጥ፣ የሂደት መስኮቶች መጠበብ በሚቀጥሉበት፣ እነዚህ ማሻሻያዎች በቀጥታ የፊልም ወጥነት እና የኤሌክትሪክ አፈጻጸም ወጥነት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ።

የሲሲ ዋፈር ጀልባዎች ከኳርትዝ መዋቅሮች ጋር ሲነፃፀሩ በከፍተኛ ሁኔታ ከፍተኛ የሜካኒካል ጥንካሬን ይሰጣሉ። ይህ የ300 ሚሜ ዋፈርዎችን ትላልቅ ስብስቦችን በማቀነባበር ቀጥ ያሉ የምድጃ ስርዓቶች ውስጥ እየጨመረ የሚሄድ ጠቀሜታ እየጨመረ ይሄዳል፣ የጀልባው ርዝመት እና ሜካኒካል ጭነት ጉልህ ሊሆኑ ይችላሉ።

የተቀነሰ ለውጥ በሙቀት ዑደት ውስጥ ትክክለኛ የዋፈር ክፍተት እና የተረጋጋ የጋዝ ፍሰት ባህሪን ለመጠበቅ ይረዳል።

የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች ቁልፍ አካላዊ ባህሪያት

የሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈር ጀልባዎች ተወዳጅነት እየጨመረ የመጣው በዋናነት የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ የሙቀት፣ የሜካኒካል እና የኬሚካል ባህሪያት ልዩ ጥምረት ምክንያት ነው።

ቁልፍ አካላዊ ባህሪያት

እነዚህ ባህሪያት የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ መዋቅሮች ለረጅም ጊዜ በሚቆይ የሙቀት ዑደት ወቅት የመጠን መረጋጋትን እንዲጠብቁ ያስችላቸዋል፣ ባህላዊ የኳርትዝ ክፍሎች ደግሞ ማለስለስ ወይም መበላሸት ሊጀምሩ ይችላሉ።

የሲሊኮን ካርቦይድ ከፍተኛ ጥንካሬ በምድጃ ውስጥ ዋፈርዎችን በመጫን እና በማውረድ ወቅት የንዝረት እና የሜካኒካል አለመረጋጋትን ይቀንሳል።

ለሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈር ጀልባዎች ዋና ዋና የቁሳቁስ ዓይነቶች

ዘመናዊ የሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈር ጀልባዎች የሚመረቱት የተለያዩ የቁሳቁስ ቴክኖሎጂዎችን በመጠቀም ሲሆን እያንዳንዳቸው ለተወሰኑ የሂደት አካባቢዎች እና ለወጪ ቆጣቢነት መስፈርቶች የተመቻቹ ናቸው።

እንደገና ጥቅም ላይ የዋለ የሲሊኮን ካርቦይድ (RSiC) በከፍተኛ ሙቀት ምድጃ ውስጥ በጥሩ ንፅህና እና በሙቀት መረጋጋት ምክንያት በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል። የRSiC የማምረት ሂደት ከፍተኛ መጠን ያለው የሲንቴሪንግ መርጃዎችን መጨመር አያስፈልገውም፣ ይህም በሴሚኮንዳክተር አካባቢዎች የብክለት አደጋን ለመቀነስ ይረዳል።

ሪአክሽን-ሲነንተሬድ ሲሊከን ካርቦይድ (RBSC ወይም RBSiC) ከፍተኛ የሜካኒካል ጥንካሬ እና ዝቅተኛ የማኑፋክቸሪንግ ወጪዎችን ይሰጣል። ሆኖም ግን፣ በመዋቅሩ ውስጥ ያለው ቀሪ ነፃ ሲሊከን በተወሰኑ የዝገት ሂደት አካባቢዎች ውስጥ የዝገት መቋቋምን ሊቀንስ ይችላል።

ለላቁ የሴሚኮንዳክተር አፕሊኬሽኖች፣ የሲቪዲ ሲሊኮን ካርቦይድ የተሸፈኑ የግራፋይት ስርዓቶች ከጊዜ ወደ ጊዜ እየተለመዱ መጥተዋል። በእነዚህ መዋቅሮች ውስጥ፣ የግራፋይት ንጣፍ ቀላል ክብደት ያለው የሜካኒካል ድጋፍ ይሰጣል፣ ከፍተኛ ንፅህና ያለው የኬሚካል ትነት ክምችት (ሲቪዲ) የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ደግሞ የሂደቱን በይነገጽ ይፈጥራል።

የሲቪዲ ሲሊከን ካርቦይድ ሽፋኖች እጅግ በጣም ዝቅተኛ የቅንጣት ማመንጨት ፍጥነት እና ልዩ ንፅህና ያላቸው ሲሆኑ፣ ለላቀ የሎጂክ እና የኃይል ሴሚኮንዳክተር ማምረቻ በጣም ማራኪ ያደርጋቸዋል። ሆኖም፣ በተደጋጋሚ የሙቀት ዑደት ወቅት ስንጥቅ ወይም ብልሽት እንዳይፈጠር ለመከላከል የሽፋን ታማኝነት እና የማይዛመዱ የሙቀት መስፋፋት ኮፊሸንቶች በጥንቃቄ ቁጥጥር ሊደረግባቸው ይገባል።

የተለመዱ የሂደት ተግዳሮቶች

የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች የአፈጻጸም ጥቅሞች ቢኖሩም፣ አሁንም በእውነተኛ የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ አካባቢዎች በርካታ የምህንድስና ፈተናዎች ያጋጥሟቸዋል።

የቅንጣት ብክለት በጣም ወሳኝ ከሆኑ ጉዳዮች አንዱ ሆኖ ቀጥሏል። የመሳሪያው መጠን እየቀነሰ ሲሄድ፣ በቅንጣቶች ምክንያት የሚደርሰው የምርት ኪሳራ እየጨመረ መጥቷል። በማይክሮክራክቶች፣ በሽፋን መበላሸት ወይም በገጽታ መበላሸት ምክንያት የሚመጡ ንዑስ ማይክሮን መጠን ያላቸው ፍርስራሾች እንኳን በተራቀቁ ዋፈሮች ላይ ገዳይ ጉድለቶችን ሊያስከትሉ ይችላሉ።

የሙቀት ጭንቀት መሰንጠቅ ሌላው ለረጅም ጊዜ የቆየ ፈተና ነው። ሲሊኮን ካርቦይድ እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት መረጋጋት ቢኖረውም፣ በአንጻራዊነት ተሰባሪ የሴራሚክ ቁሳቁስ ሆኖ ይቀጥላል። ፈጣን ማሞቂያ ወይም በአካባቢው የሙቀት መጠን አለመመጣጠን በመዋቅራዊ ማዕዘኖች፣ በዋፈር ጎድጓዶች ወይም በጨረር መገናኛዎች ላይ ስንጥቆችን ሊያስከትል ይችላል።

የረጅም ጊዜ የሙቀት ዑደት በተለይም በአቀባዊ ምድጃ ስርዓቶች ውስጥ ጥቅም ላይ በሚውሉ ትላልቅ መጠን ባላቸው የዋፈር ጀልባዎች ላይ ቀስ በቀስ መበላሸት ወይም መንሸራተት ሊያስከትል ይችላል። ጥቃቅን የጂኦሜትሪክ ለውጦች እንኳን የዋፈር ክፍተትን እና የጋዝ ፍሰት ወጥነትን ሊቀይሩ ይችላሉ፣ በዚህም የኦክሳይድ ውፍረት ቁጥጥርን እና የዶፓንት ስርጭት ወጥነትን ይነካሉ።

በተሸፈኑ የSiC ስርዓቶች ውስጥ የሲቪዲ ሽፋን መበላሸት ሌላው ወሳኝ የአስተማማኝነት ጉዳይ ነው። የግራፋይት ንጣፍ እና የሲሲ ሽፋን የተለያዩ የሙቀት መስፋፋት ባህሪያትን ስለሚያሳዩ፣ ተደጋጋሚ ከፍተኛ የሙቀት ዑደት በመጨረሻ በይነገጹ ላይ የጭንቀት ክምችት ያስከትላል።

መደምደሚያ

በሴሚኮንዳክተር ስርጭት እና ኦክሲዴሽን ምድጃ ስርዓቶች ውስጥ፣ የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች የሙቀት መረጋጋትን በመጠበቅ፣ ብክለትን በመቆጣጠር እና እጅግ በጣም አስቸጋሪ በሆኑ የአሠራር ሁኔታዎች ውስጥ የሂደቱን ወጥነት በማረጋገጥ ረገድ ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ። ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት፣ እጅግ በጣም ጥሩ የሜካኒካል ጥንካሬ፣ ከፍተኛ የሙቀት መቋቋም እና የኬሚካል መረጋጋት በተራቀቀ የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ውስጥ በጣም አስፈላጊ ያደርጋቸዋል።

የሴሚኮንዳክተር ሂደት ቴክኖሎጂዎች እየተሻሻሉ ሲሄዱ፣ ውስብስብ እየሆኑ ሲሄዱ እና የጉድለት መቆጣጠሪያ መስፈርቶች ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጠበቡ ሲሄዱ፣ የላቁ የሴራሚክ ዋፈር ተሸካሚ ስርዓቶች አስፈላጊነት እየጨመረ ይሄዳል። በዘመናዊ ጨርቆች ውስጥ፣ ከቅንጣት ቁጥጥር፣ ከሙቀት ወጥነት እና ከአስተማማኝነት ጋር የተያያዙ ብዙ ተግዳሮቶች በመጨረሻ በሙቀት ብስክሌት ባህሪ፣ በቁሳቁስ መረጋጋት እና በዋፈር ተሸካሚ ስርዓት ዲዛይን መካከል ባለው መስተጋብር ሊዳሰሱ ይችላሉ።

በዚህም ምክንያት፣ የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዋፈር ጀልባዎች ከረዳት ምድጃ ሃርድዌር በፍጥነት ወደ ቀጣዩ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ወሳኝ ክፍሎች እየተለወጡ ነው።