GaN/SiC хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд TaC бүрэх хэрэглээ

TaC бүрхүүл нь өндөр хүчин чадалтай керамик давхарга бөгөөд дэвшилтэт хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь SiC дан талст өсөлт болон GaN/SiC эпитаксиал өсөлтийн процесст зайлшгүй шаардлагатай. GaN/SiC хагас дамжуулагчийн зах зээл хурдацтай тэлж байна. Энэ зах зээл 2024 онд 7.523 тэрбум ам.долларт хүрсэн. Мэргэжилтнүүд 2025-2035 онуудад 16.56% CAGR өсөлттэй байх төлөвтэй байна гэж таамаглаж байна.

Гол дүгнэлтүүд

• TaC бүрхүүлнь тусгай давхарга юм. Энэ нь компьютерын чипийг сайжруулахад тусалдаг. Энэ нь маш халуун газарт сайн ажилладаг.
• Энэ бүрхүүл нь чипс рүү хортой зүйлс орохоос сэргийлдэг. Энэ нь чипсийг илүү цэвэрхэн, бат бөх болгодог.
• TaC бүрхүүл нь бусад материалаас илүү сайн. Энэ нь илүү сайн чип үйлдвэрлэхэд тусалдаг. Энэ нь компьютер болон утаснуудыг илүү сайн ажиллуулахад тусалдаг.

TaC бүрхүүлийг ойлгох нь: Шинж чанар ба гүйцэтгэл

TaC бүрхүүлийг тодорхойлох болон түүний гол шинж чанарууд

TaC бүрхүүлнь өндөр хүчин чадалтай керамик давхарга юм. Тантал карбид (TaC) нь түүний үүрэг гүйцэтгэдэганхдагч химийн бүрэлдэхүүн хэсэгСудлаачид ...-г судалж байнаTa-CN систем, энд TaC1-xNx нь химийн найрлагыг илэрхийлнэ. Туршилтын үндсэн бүтэц нь fcc бүтэцтэй Ta-C юм. Тогтвортой хоёртын бүтцэд fcc-TaC болон hex-TaN орно. Металл бус хоосон зай нь Ta-C дахь куб бүтцийг тогтворжуулахад металл хоосон зайнаас илүү чухал юм. Физик уурын тунадас (PVD) нь кинетикийн маш хязгаарлагдмал байдал болон бүтцийн согог үүсэхээс шалтгаалан fcc бүтэцтэй Ta-CN-ийг тогтворжуулж чаддаг. Нэг фазын fcc-Ta1-y-zCyNz-ээс fcc дээр нэмэх hex Ta1-y-zCyNz руу фазын шилжилт нь TaC1-xNx тэмдэглэгээнд x=0.68 орчимд тохиолддог. Үйлдвэрлэгчид TaC бүрхүүлийг дараах байдлаар бэлтгэдэг.дөрвөн төрлийн талст бүтэцнүүрстөрөгч/нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалууд дээр. Эдгээр бүтэц нь абляцийн эсэргүүцлийг илүү сайн харуулдаг зүү хэлбэртэй талст бүтэцтэй.

Энэ материал нь мөн гайхалтай механик шинж чанартай. Жишээлбэл, Ta(C,N) (305 нм модуляци) бүхий олон давхаргат бүрхүүл нь хатуулгийг харуулдаг24.5 ± 0.8 ГПаба Янгийн модуль нь 263.2 ± 16.6 ГПа байна. TaC0.71 нь хатуулгийг харуулж байна39.3 ± 1.0 ГПа, зарим хэмжилтүүд 40 GPa хүрдэг. Үүний догол мөрийн модуль нь 430 GPa бөгөөд TaC-ийн тооцоолсон Янгийн модуль нь ойролцоогоор 500 GPa байна.

TaC бүрхүүлийн онцгой өндөр температурын тогтвортой байдал

Энэ материал нь хэт халуун орчинд маш сайн ажилладаг. 2000°C-аас дээш температурт тогтвортой хэвээр байна. Хайлах цэг нь гайхалтай4273°C, энэ нь мэдэгдэж буй хамгийн өндөр температурт тэсвэртэй нэгдлүүдийн нэг болгож байна. Энэ материал нь хамгийн их ажиллах температуртай байдаг2200°C-аас дээш температурт.

TaC нь мэдэгдэж буй материалуудын дунд хамгийн өндөр хайлах цэгүүдийн нэгийг харуулдаг бөгөөд гайхалтай хэмжилтээр хэмжигддэг.4041 KЭнэхүү хайлах цэг нь вольфрам зэрэг бусад олон галд тэсвэртэй материалаас давж гардаг. Лабораторийн туршилтууд нь TaC-ийн 3000°C-аас дээш температурт бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалах чадварыг баталж байна. TaC нь эдгээр хэт туйлын температурт бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахдаа керамик болон металл хайлшийн бүрхүүлээс хоёуланг нь илүү сайн гүйцэтгэдэг. Хайлах температур нь (4041 K) нь HfC-ээс бага боловч TaC нь уламжлалт керамик болон металл хайлшийн бүрхүүлтэй харьцуулахад илүү сайн дулааны эсэргүүцэл болон химийн тогтвортой байдлыг байнга харуулдаг.

TaC бүрхүүлийн химийн эсэргүүцэл ба хэт өндөр цэвэршилт

TaC бүрхүүлүүд харуулж байнамаш сайн химийн тогтвортой байдалТэд хүчил ба шүлт зэрэг янз бүрийн идэмхий бодисуудтай урвалд ороход үр дүнтэй эсэргүүцдэг. Энэ шинж чанар нь тэдгээрийг үйлдвэрлэлийн хүнд нөхцөлд ашиглах найдвартай сонголт болгодог. TaC бүрхүүлүүд нь ...сайн химийн тогтвортой байдал, хүчил, шүлт, давс, органик урвалжуудад тэсвэртэй байдлыг харуулдаг. Цаашилбал, тэдгээр нь хайлсан металл, шаар болон бусад идэмхий орчинд өртөөгүй хэвээр байна. TaC бүрхүүлүүд нь дараах шинж чанартай байдагхүчтэй химийн тогтвортой байдал, тэдгээр нь олон тооны химийн урвал, ялангуяа хүчил ба шүлтүүдтэй холбоотой урвалыг тэсвэрлэх боломжийг олгодог.

Өндөр цэвэршилт нь энэ материалын бас нэг чухал шинж чанар юм. Үйлдвэрлэгчид TaC бүрхүүлийг дараах байдлаар зохион бүтээдэг.бохирдлыг багасгахтитан, бор, хөнгөн цагаан гэх мэт. TaC бүрхүүл ашигладаг бүтээгдэхүүнүүд нь нүүрстөрөгч, хүчилтөрөгч, азот болон бусад хольцыг хамгийн бага хэмжээгээр агуулдаг бөгөөд энэ нь цэвэр талст ургалтад хувь нэмэр оруулдаг. TaC бүрхүүл дэх хольцын түвшин <5 ppm хүртэл бага байж болох бөгөөд энэ нь SiC бүрхүүл эсвэл нүцгэн бал чулуунаас (260 ppm хүчилтөрөгч агуулсан байж болно) хамаагүй бага юм.

TaC бүрхүүлийн дулааны болон механик бат бөх чанар

Энэ материал нь мэдэгдэхүйц дулаан дамжуулалттай. Энэ нь ойролцоогоор хэмждэг22 Вт·м⁻¹·К⁻¹W-TaC композитуудад TaC-ийн дулаан дамжуулалт нь ... хооронд хэлбэлздэг.15–35 Вт·м⁻¹·К⁻¹750 °C, 850 °C, болон 950 °C температурт. Энэхүү өндөр дулаан дамжуулалт нь үр дүнтэй тусалдагдулааныг сарниулахөндөр температурт үйл явцын үед. Энэ нь мөн орон нутгийн хэт халалтаас сэргийлдэг.

Энэ материалын механик бат бөх чанарыг бас тэмдэглэх нь зүйтэй. NiCrBSi + Ta бүрхүүлийг харуулсан.хагарлын бат бөх чанар өндөр, зүлгүүрийн болон наалдамхай элэгдэлд тэсвэртэй байдал сайжирсантанталгүй NiCrBSi бүрхүүлтэй харьцуулахад. Тантал нь нарийн TaC хэсгүүдийг үүсгэснээр Ni суурьтай бүрхүүлийн элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлдэг. WC–6Co цементжүүлсэн карбидын хувьд нэмэх0.6 жингийн% TaCэлэгдэлд тэсвэртэй байдлыг оновчтой болгож, элэгдлийн массын алдагдлыг 0.15 мг хүртэл бууруулж, үрэлтийн тогтвортой коэффициентийг ойролцоогоор 0.3 болгосон. A (Ta,Zr,Nb)C нэг фазын керамик нь хугарлын бат бөх чанарыг харуулсан2.9 МПа м1/2өрөөний температурт.

Дэвшилтэт GaN/SiC хагас дамжуулагч процесст TaC бүрэлт

TaC бүрхүүлээр SiC дан талстын өсөлтийг сайжруулах

TaC бүрхүүлSiC дан талст өсөлтийг дэмжихэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь талстын чанарыг мэдэгдэхүйц сайжруулж, согогийг бууруулдаг. Жишээлбэл, энэ нь микро хоолойн согогийг ... хүртэл бууруулдаг.99.7%Энэ нь мөн урсгалт ирмэгийн мултралыг 80.5% -иар бууруулдаг. TaC бүрхүүл нь хатуу, өндөр температурт цахиурын уурын агаар мандалд бал чулууны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн зэврэлтээс сэргийлдэг. Бүрээгүй бал чулуу нь зэврэлтэнд орж, нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийг ялгаруулдаг. Эдгээр хэсгүүд нь нүүрстөрөгчийн битүүмжлэлд хүргэж, ургаж буй SiC талстуудын согогийг нэмэгдүүлдэг. Бал чулууг хамгаалснаар TaC бүрхүүл нь ...цэвэр талстууд.

TaC бүрхүүлийг ашигласнаар нүүрстөрөгч, хүчилтөрөгч, азотын хольц багатай SiC дан талстууд үүсдэг. Энэ нь ирмэгийн согогийг багасгаж, эсэргүүцлийн жигд байдлыг сайжруулдаг. Цаашилбал, микро нүх болон сийлбэрийн нүхний нягтралыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.Салбарын судалгааTaC бүрхүүл нь талстын ирмэгийн согогийг арилгадаг болохыг харуулж байна. Энэ нь мөн SiC талстын ирмэг дээр поликристал үүсэх магадлалыг бууруулдаг. Солонгосын Зүүн Европын Их Сургуулийн судалгаагаар TaC бүрсэн бал чулуун тигель нь азотын нэгдлийг үр дүнтэй хязгаарладаг болохыг баталж байна. Энэ үйлдэл нь микротубул болон бусад согогийн үүсэлтийг бууруулдаг. TaC бүрсэн тигель нь удаан хугацаанд ашигласны дараа бараг өөрчлөгдөөгүй жин, бүрэн бүтэн төрхийг хадгалдаг. Үйлдвэрлэгчид тэдгээрийг олон удаа дахин боловсруулж болно. Тэд ... хүртэлх ашиглалтын хугацааг санал болгодог.200 цаг, үйлдвэрлэлийн үйл явцын тогтвортой байдал, үр ашгийг сайжруулах.

TaC бүрхүүлээр GaN/SiC эпитаксиал өсөлтийг оновчтой болгох

TaC бүрхүүл нь GaN/SiC эпитаксиал өсөлтийг оновчтой болгоход мөн адил чухал ач холбогдолтой. Энэ процесс нь SiC суурь дээр өндөр чанартай GaN давхаргыг бий болгохын тулд маш тогтвортой, цэвэр орчин шаарддаг. TaC-ийн онцгой өндөр температурын тогтвортой байдал нь процессын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бүтцийн хувьд тогтвортой байлгахыг баталгаажуулдаг. Энэхүү тогтвортой байдал нь эпитаксид шаардлагатай өндөр температурт ч гэсэн материалын задралаас сэргийлдэг. Түүний дээд зэргийн дулаан дамжуулалт нь суурь дээр температурын нарийн, жигд тархалтыг хадгалахад тусалдаг. Энэхүү жигд байдал нь хальсны зузаан болон талст бүтцийн тогтвортой байдалд чухал үүрэгтэй.

TaC бүрхүүлийн химийн идэвхгүй байдал нь процессын хий болон реакторын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох хүсээгүй урвалаас сэргийлдэг. Ийм урвал нь өсөн нэмэгдэж буй GaN давхаргад хольц оруулж болзошгүй. Тогтвортой, урвалд ордоггүй гадаргууг бий болгосноор TaC нь илүү цэвэр өсөлтийн орчныг бүрдүүлдэг. Энэхүү орчин нь GaN төхөөрөмжүүдийн хүссэн цахилгаан шинж чанар, гүйцэтгэлийг хангахад зайлшгүй шаардлагатай. TaC-ийн механик бат бөх чанар нь реакторын эд ангийн урт наслалтад хувь нэмэр оруулдаг. Энэхүү бат бөх чанар нь ажиллахгүй байх хугацаа болон засвар үйлчилгээг багасгаж, эпитаксиал өсөлтийн ерөнхий үйл явцыг улам оновчтой болгодог.

TaC бүрхүүлээр бохирдлоос урьдчилан сэргийлэх, ургацыг сайжруулах

Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд бохирдлоос урьдчилан сэргийлэх нь хамгийн чухал бөгөөд TaC бүрхүүл нь энэ чиглэлээр маш сайн ажилладаг.химийн идэвхгүй шинж чанартайTaC бүрхүүл нь хүсээгүй урвалаас сэргийлдэг. Эдгээр урвалууд нь бохирдуулагчийг өсөлтийн орчинд нэвтрүүлж болзошгүй. Энэ нь гадны хольцын эсрэг бат бөх саад болж үйлчилдэг. Энэ шинж чанар нь өндөр цэвэршилттэй талст үүсэхийг баталгаажуулдаг. TaC бүрхүүл нь хамгаалалтын давхарга үүсгэснээр бохирдол болон ирмэгийн согогийг арилгадаг. Энэ давхарга нь материалын тунадасжилт болон бөөмсийн наалдацыг эсэргүүцдэг. Энэ нь хольцын нэвтрэлтийг багасгаж, бүрээгүй гадаргуу дээр үүсэх ирмэгийн согогийн магадлалыг бууруулдаг.

TaC бүрхүүлийн хэт өндөр цэвэршилт нь <5 ppm хүртэлх хольцын түвшинтэй тул SiC болон GaN материалыг илүү цэвэр болгодог. Энэхүү цэвэршилт нь микро нүх сүв, сийлбэрийн нүх зэрэг янз бүрийн согогийн тохиолдлыг бууруулдаг.Солонгосын Зүүн Европын Их Сургуулийн судалгаатантал карбид (TaC)-ээр бүрсэн бал чулуун тигель нь SiC талстуудад азотын нэгдлийг үр дүнтэй хязгаарладаг болохыг харуулж байна. Энэхүү хязгаарлалт нь микро хоолой зэрэг согогийг шууд бууруулж, улмаар талстын чанарыг сайжруулдаг. Бохирдол, согогийг багасгаснаар TaC бүрхүүл нь өндөр чанартай хагас дамжуулагч вафлийн нийт гарцыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлдэг. Энэхүү сайжруулалт нь төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийг илүү найдвартай, үр ашигтай болгоход хүргэдэг.

TaC бүрхүүл нь яагаад бусад хувилбаруудаас илүү сайн ажилладаг вэ?

Гүйцэтгэлийн харьцуулалт: TaC бүрхүүл ба SiC бүрхүүл ба нүцгэн бал чулуу

TaC бүрхүүлхагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд SiC бүрхүүл болон нүцгэн бал чулуу зэрэг өөр материалуудтай харьцуулахад мэдэгдэхүйц давуу талуудыг санал болгодог. Үүний давуу шинж чанарууд нь үүнийг хүнд нөхцөлд ашиглахад илүү тохиромжтой сонголт болгодог. TaC бүрхүүл нь чухал хэсгүүдэд сайжруулсан гүйцэтгэлийг хангадаг. Эдгээр хэсгүүдэд өндөр температурын тогтвортой байдал, химийн эсэргүүцэл, цэвэршилт орно. Эдгээр давуу талууд нь үйл явцын үр ашиг, бүтээгдэхүүний чанарыг сайжруулахад шууд нөлөөлдөг.

TaC бүрхүүлийн сийлбэрийн эсэргүүцэл ба хольцын түвшин өндөр

TaC бүрхүүл нь сийлбэрийн дээд зэргийн эсэргүүцлийг харуулдаг. Энэ шинж чанар нь хатуу плазмын орчинд ажилладаг эд ангиудад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. CVD TaC бүрхүүл нь сийлбэрийн багаж хэрэгслийн химийн зэврэлт болон дулааны доройтолд маш сайн тэсвэртэй байдаг. Энэхүү эсэргүүцэл нь плазмын орчинд багаж хэрэгслийн бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хангаж, нарийн сийлбэр хийх боломжийг олгодог. Бүрхүүлийн наалдамхай шинж чанар нь бөөмсийн бохирдлыг бууруулж, процессын найдвартай байдлыг сайжруулдаг. Ерөнхийдөө TaC бүрхүүл нь багаж хэрэгслийн элэгдлийг багасгаж, үйлдвэрлэлийн үр ашгийг дээшлүүлж, плазмын хэрэглээнд эд ангиудын ашиглалтын хугацааг уртасгадаг. Тантал карбид (TaC) бүрхүүл нь плазмын орчинд эд ангиудын ашиглалтын хугацааг мэдэгдэхүйц уртасгадаг. Эдгээр нь хамгаалалтын хаалт болж ажилладаг. Тэд электрод, мэдрэгч, камер зэрэг хагас дамжуулагч эд ангиудыг доройтлоос хамгаалдаг. Энэхүү доройтол нь идэмхий хий, өндөр температур, химийн процессоос үүдэлтэй. TaC-ээр бүрсэн сийлбэрийн камер нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх явцад идэмхий плазмын орчинд тэсвэртэй байдаг. Энэхүү эсэргүүцэл нь тоног төхөөрөмжийн урт наслалт, процессын бүрэн бүтэн байдлыг баталгаажуулдаг. Энэхүү хамгаалалт нь зогсолт, засвар үйлчилгээ, солих зардлыг бууруулж, нийт бүтээмжийг нэмэгдүүлдэг. Цаашилбал, TaC бүрхүүл нь хэт өндөр цэвэршилттэй бөгөөд хольцын түвшин нь ихэвчлэн 5 ppm-ээс доош байдаг. Энэ түвшин нь 260 ppm хүртэл хүчилтөрөгч агуулсан SiC бүрхүүл эсвэл нүцгэн бал чулуунаас хамаагүй бага юм.

TaC бүрхүүлийн дулааны цохилтын эсэргүүцэл ба хамгийн их температурын чадвар

TaC бүрхүүлийн үзэсгэлэндулааны цочролд маш сайн тэсвэртэйЭнэ шинж чанар нь температурын огцом, мэдэгдэхүйц өөрчлөлтөд өртдөг материалуудад маш их ашиг тустай. Энэ нь хүнд хэцүү орчинд тэдгээрийн найдвартай байдал, гүйцэтгэлийг баталгаажуулдаг. Энэ материал нь хэт халууны мөчлөгийн үед ч бүрэн бүтэн байдлаа хадгалдаг.Түүний хамгийн их ажиллах температур нь бусад хувилбаруудаас ч давж гардаг.

TaC бүрхүүл нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд бохирдлыг мэдэгдэхүйц бууруулж, дулааны менежментийг сайжруулдаг. Энэ нь SiC бүрхүүл болон нүцгэн бал чулуу зэрэг уламжлалт материалуудтай харьцуулахад илүү сайн гүйцэтгэлийг санал болгодог. Энэхүү дэвшилтэт материал нь GaN/SiC хагас дамжуулагч процессын гарц, найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэх, салбарын дэвшлийг хурдасгахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Түгээмэл асуултууд

Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд TaC бүрхүүлийн үндсэн үүрэг юу вэ?

TaC бүрхүүлөндөр хүчин чадалтай керамик давхарга болж үйлчилдэг. Энэ нь эд ангиудыг хамгаалж, бохирдлыг бууруулж, дулааныг үр дүнтэй удирддаг. Энэ нь талст ургах оновчтой нөхцлийг бүрдүүлдэг.

TaC бүрхүүл нь SiC бүрхүүл болон нүцгэн бал чулуутай хэрхэн харьцуулагддаг вэ?

TaC бүрхүүл нь өндөр температурын тогтвортой байдал, химийн эсэргүүцэл болон хэт өндөр цэвэршилтийг санал болгодог. Энэ нь хагас дамжуулагчийн чухал хэрэглээнд SiC бүрхүүл болон нүцгэн бал чулуунаас илүү сайн гүйцэтгэлтэй.

TaC бүрхүүл нь GaN/SiC процессуудад ямар тодорхой ашиг тусыг авчирдаг вэ?

TaC бүрхүүл нь SiC дан талст өсөлтийг сайжруулж, GaN/SiC эпитаксиал өсөлтийг оновчтой болгодог. Энэ нь бохирдлоос сэргийлж, дулааны менежментийг сайжруулж, нийт гарц болон найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг.