Жартылай өткізгіш өндіріс процестері үлкенірек пластина өлшемдеріне, қатаңырақ термиялық бюджеттерге және төмен ақауларға төзімділікке қарай дамып келе жатқандықтан, жоғары температуралы технологиялық жабдықтардың ішінде қолданылатын материалдар барған сайын маңызды бола бастады. Осы негізгі тұтынылатын материалдар мен құрылымдық компоненттердің ішінде кремний карбиді (SiC) керамикалық пластина қайықтары заманауи диффузиялық және тотығу пештері жүйелеріндегі ең маңызды мүмкіндік беретін технологиялардың бірі ретінде пайда болды.
Жетілдірілген жартылай өткізгіш өндіріс орталарында олар жылу біркелкілігіне, бөлшектердің пайда болуына, пластина кернеуінің таралуына, процестің тұрақтылығына және сайып келгенде құрылғы өнімділігіне тікелей әсер етеді.
Әсіресе, 300 мм пластина өндірісінде, қуатты жартылай өткізгіштер өндірісінде және үшінші буын жартылай өткізгіштер өндірісінде кремний карбидті керамикалық пластина қайықтары жоғары жылулық және механикалық қасиеттеріне байланысты дәстүрлі кварц негізіндегі тасымалдаушы жүйелерді тез арада алмастыруда.
Кремний карбидінен жасалған керамикалық вафли қайығы дегеніміз не?
Кремний карбидінен жасалған керамикалық пластина қайығы - бұл кремний карбиді негізіндегі заманауи керамикадан жасалған жоғары температуралы пластина тасымалдайтын құрылым. Оның негізгі мақсаты - термиялық өңдеу операциялары кезінде бірнеше жартылай өткізгіш пластиналарды тік немесе көлденең пеш жүйелері арқылы қауіпсіз қолдау және тасымалдау.
Әдеттегі пластиналы қайық өңдеу кезінде пластиналардың аралығын жоғары бақыланатын күйде сақтауға арналған бірнеше дәлдікпен жасалған пластина ұяшықтарынан тұрады. Қолданылуына байланысты құрылымға тірек арқалықтары, консольдік иінтіректері, ауа ағынына оңтайландырылған геометриялар және жылу массасын азайтуға арналған жеңіл арматуралық секциялар да кіруі мүмкін.
Жартылай өткізгіш пеш жүйелерінде пластиналы қайықтар пластиналар мен термиялық өңдеу ортасы арасындағы интерфейс ретінде тиімді қызмет етеді. Құрылғы өлшемдері озық технологиялық түйіндерге қарай кішірейе берген сайын, пластинаны тірек құрылымындағы микроскопиялық тұрақсыздықтар да процестің қайталануына және ақаулардың өнімділігіне әсер етуі мүмкін.
Бұл озық пеш өндірушілерінің дәстүрлі балқытылған кварц жүйелерінің орнына жоғары тазалықтағы кремний карбидті керамикалық компоненттерді көбірек қолдануының бір себебі.
РөлsДиффузиялық және тотығу пештерінің жүйелерінде
Диффузия және тотығу жартылай өткізгіштер өндірісіндегі ең негізгі термиялық процестердің бірі болып қала береді. Бұл процестер қоспаларды белсендіру, термиялық оксидті өсіру, күйдіру, қозғалтқыш арқылы диффузия және диэлектрикті қалыптастыру үшін кеңінен қолданылады.
Әдеттегі жұмыс температурасы процестің химиясына және құрылғы талаптарына байланысты шамамен 900°C-тан 1200°C-қа дейін болады. Кейбір озық қуатты жартылай өткізгіш немесе SiC құрылғыларында жылу циклдары 1300°C-тан асуы мүмкін.
Мұндай жағдайларда пластиналы қайық ластануды азайтып және пластиналар арасындағы біркелкі аралықты сақтай отырып, ұзақ термиялық циклдар кезінде өлшемдік тұрақтылықты сақтауы керек.
Дәстүрлі кварц пластиналы қайықтар жоғары тазалығы мен салыстырмалы түрде арзан бағасына байланысты диффузиялық пештерде ұзақ уақыт бойы қолданылып келеді. Дегенмен, кварц материалдары салыстырмалы түрде төмен жылу өткізгіштікке ие — әдетте бөлме температурасында шамамен 1,4 Вт/м·К.
Салыстыру үшін, кремний карбиді керамикасы әдетте сорты мен микроқұрылымына байланысты шамамен 120 ~ 200 Вт/м·К аралығында жылу өткізгіштік мәндерін көрсетеді.
Бұл күрт айырмашылық пештің жүктемесі бойынша температураның біркелкілігін айтарлықтай жақсартады.
Жоғары жылу өткізгіштік мыналарға мүмкіндік береді:
● Вафлиді біркелкі қыздыру
● Жылулық градиенттердің төмендеуі
● Вафли консистенциясын жақсарту
● Термиялық кернеудің төмен жиналуы
● Тотығу немесе диффузия кезінде шеткі әсерлердің азаюы
Өндірістік терезелер тарыла беретін озық жартылай өткізгіштер өндірісінде бұл жақсартулар пленканың біркелкілігі мен электрлік өнімділіктің тұрақтылығына тікелей әсер етеді.
SiC пластиналы қайықтары кварц құрылымдарымен салыстырғанда айтарлықтай жоғары механикалық қаттылықты қамтамасыз етеді. Бұл қайықтың ұзындығы мен механикалық жүктемесі айтарлықтай болуы мүмкін 300 мм пластиналардың үлкен партияларын өңдейтін тік пеш жүйелерінде барған сайын маңызды бола түсуде.
Деформацияның төмендеуі термиялық цикл кезінде пластиналардың дәл арақашықтығын және газ ағынының тұрақтылығын сақтауға көмектеседі.
Кремний карбидті керамикалық пластиналы қайықтардың негізгі физикалық қасиеттері
Кремний карбидті пластиналы қайықтардың танымалдығының артуы, ең алдымен, кремний карбидті керамикасының термиялық, механикалық және химиялық қасиеттерінің ерекше үйлесіміне байланысты.
Негізгі физикалық сипаттамалары
| Мүлік | Әдеттегі SiC өнімділігі |
| Максималды жұмыс температурасы | Тотығу ортасында >1400°C |
| Жылу өткізгіштігі | ~120–200 Вт/м·К |
| Тығыздық | ~3,0–3,2 г/см³ |
| Мохс қаттылығы | ~9.2 |
| Серпімділік модулі | ~410 ГПа |
| Термиялық соққыға төзімділік | Тамаша |
| Химиялық төзімділік | Қышқылдарға, сілтілерге және технологиялық газдарға жоғары төзімділік |
| Механикалық қаттылық | Өте жоғары |
| Бөлшектердің пайда болу үрдісі | Оңтайландырылған беткі өңдеумен төмен |
Бұл қасиеттер кремний карбидті керамикалық құрылымдарға ұзақ термиялық цикл кезінде өлшемдік тұрақтылықты сақтауға мүмкіндік береді, ал дәстүрлі кварц компоненттері жұмсара немесе деформациялана бастауы мүмкін.
Кремний карбидінің жоғары қаттылығы пеште пластиналарды тиеу және түсіру кезінде дірілді және механикалық тұрақсыздықты азайтады.
Кремний карбидті пластиналы қайықтарға арналған негізгі материал түрлері
Қазіргі заманғы кремний карбидінен жасалған пластиналы қайықтар әртүрлі материалдық технологияларды қолдану арқылы жасалады, олардың әрқайсысы нақты технологиялық орталар мен шығындардың тиімділігі талаптарына оңтайландырылған.
Қайта кристалданған кремний карбиді (RSiC) тамаша тазалығы мен термиялық тұрақтылығына байланысты жоғары температуралы пештерде кеңінен қолданылады. RSiC өндіріс процесінде айтарлықтай мөлшерде күйдіру құралдарын қосу қажет емес, бұл жартылай өткізгіш ортада ластану қаупін азайтуға көмектеседі.
Реакциямен күйдірілген кремний карбиді (RBSC немесе RBSiC) жоғары механикалық беріктік пен төмен өндіріс шығындарын ұсынады. Дегенмен, құрылымдағы бос кремнийдің қалдықтары белгілі бір коррозиялық процесс орталарында оның коррозияға төзімділігін төмендетуі мүмкін.
Жетілдірілген жартылай өткізгіш қолданбалар үшін CVD кремний карбидімен қапталған графит жүйелері барған сайын кең таралуда. Бұл құрылымдарда графит негізі жеңіл механикалық тірек береді, ал жоғары тазалықтағы химиялық бу тұндыру (CVD) кремний карбиді жабыны процестің интерфейсін құрайды.
CVD кремний карбидті жабындары бөлшектердің пайда болу жылдамдығы өте төмен және ерекше тазалыққа ие, бұл оларды озық логикалық және қуатты жартылай өткізгіш өндірісі үшін өте тартымды етеді. Дегенмен, қайталанатын термиялық цикл кезінде жарылу немесе қабыршақтанудың алдын алу үшін жабынның тұтастығы мен жылулық кеңею коэффициенттерінің сәйкес келмеуі мұқият бақылануы керек.
Жалпы процесс қиындықтары
Кремний карбидті керамикалық пластиналы қайықтардың өнімділік артықшылықтарына қарамастан, олар әлі де нақты жартылай өткізгіш өндіріс орталарында көптеген инженерлік қиындықтарға тап болады.
Бөлшектердің ластануы ең маңызды мәселелердің бірі болып қала береді. Құрылғы өлшемдері кішірейген сайын, бөлшектердің әсерінен болатын шығын барған сайын күшейе түсуде. Тіпті микрожарықтар, жабынның қабыршақтануы немесе бетінің тозуы нәтижесінде пайда болатын микроннан кіші қоқыстар да дамыған пластиналарда өлімге әкелетін ақауларға әкелуі мүмкін.
Термиялық кернеу әсерінен пайда болатын жарықшақтану тағы бір ұзақ уақытқа созылған қиындық болып табылады. Кремний карбиді тамаша термиялық тұрақтылыққа ие болғанымен, ол салыстырмалы түрде сынғыш керамикалық материал болып қала береді. Жылдам қыздыру немесе жергілікті температураның біркелкі болмауы құрылымдық бұрыштарда, пластина ойықтарында немесе арқалықтардың қиылыстарында жарықшақтардың пайда болуына әкелуі мүмкін.
Ұзақ мерзімді термиялық цикл біртіндеп деформацияға немесе сырғымаға әкелуі мүмкін, әсіресе тік пеш жүйелерінде қолданылатын үлкен өлшемді пластиналы қайықтарда. Тіпті шағын геометриялық өзгерістер пластина аралықтарын және газ ағынының біркелкілігін өзгертіп, оксид қалыңдығын бақылауға және қоспалардың таралу консистенциясына әсер етуі мүмкін.
CVD жабынының деламинациясы жабыны бар SiC жүйелеріндегі сенімділіктің тағы бір маңызды мәселесі болып табылады. Графит негізі мен SiC жабыны әртүрлі термиялық кеңею мінез-құлықтарын көрсететіндіктен, қайталанатын жоғары температуралық цикл ақырында шекарада кернеудің жиналуына әкеледі.
Қорытынды
Жартылай өткізгіш диффузиялық және тотығу пеш жүйелерінде кремний карбидті керамикалық пластина қайықтары термиялық тұрақтылықты сақтауда, ластануды бақылауда және өте қатал жұмыс жағдайларында процестің біркелкілігін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Олардың жоғары жылу өткізгіштігі, тамаша механикалық қаттылығы, жоғары температураға төзімділігі және химиялық тұрақтылығы оларды озық жартылай өткізгіш өндірісінде барған сайын қажет етеді.
Жартылай өткізгіш технологиялық технологиялар дамып, күрделене түскен сайын және ақауларды бақылау талаптары күшейген сайын, керамикалық пластина тасымалдаушы жүйелердің маңыздылығы арта береді. Қазіргі заманғы фабрикаларда бөлшектерді бақылауға, жылулық біркелкілікке және сенімділікке қатысты көптеген қиындықтарды жылулық циклдік мінез-құлық, материалдық тұрақтылық және пластина тасымалдаушы жүйесінің дизайны арасындағы өзара әрекеттесуден байқауға болады.
Демек, кремний карбидінен жасалған керамикалық пластиналы қайықтар қосалқы пеш жабдықтарынан келесі буын жартылай өткізгіш өндірісінің маңызды компоненттеріне тез дамып келеді.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 28 мамыр