1. เรือผลึกกราไฟต์เคลือบ CVD-SiC
กราไฟต์เป็นวัสดุที่แปรรูปได้ง่ายและสามารถผลิตเป็นผลึกรูปทรงเรือชิ้นเดียวได้โดยผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนจากวัสดุชิ้นเดียว เนื่องจากกราไฟต์เป็นวัสดุที่มีรูพรุน จึงต้องเคลือบชั้น SiC ที่มีความหนาประมาณ 100 ไมโครเมตรบนพื้นผิวเพื่อป้องกันปัญหาอนุภาคที่เกิดจากการสัมผัสโดยตรงของพื้นผิวกราไฟต์กับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม ความหนาของชั้น SiC นั้น...การเคลือบ CVD-SiCการควบคุมทำได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูลึกและมุมบางแห่งที่ชั้นเคลือบอาจบางกว่า เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของเนื้อกราไฟต์และฟิล์ม SiC ไม่ตรงกัน (25-1400℃ โดยเฉลี่ย 4.4×10⁻⁶/℃ สำหรับ SiC และ 7.1×10⁻⁶/℃ สำหรับกราไฟต์) ฟิล์ม SiC มักจะหลุดลอกออกหลังจากอุณหภูมิสูงขึ้นและลดลงหลายครั้ง เมื่อกราไฟต์สัมผัสกับอากาศ ก๊าซหรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะเข้าไปในเนื้อกราไฟต์ที่มีรูพรุนและยากที่จะกำจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดอนุภาคในกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูง เรือกราไฟต์เคลือบ SiC นี้มีราคาถูกที่สุดและมีอายุการใช้งานสั้นที่สุด ประมาณหนึ่งปี
2. เรือผลึก SiC ที่ตกผลึกใหม่ด้วยการเคลือบ CVD-SiC
โดยทั่วไปแล้ว ผลึก SiC ที่ผ่านกระบวนการตกผลึกใหม่ จะถูกขึ้นรูปโดยการเผาผนึกและแปรรูปชิ้นส่วนหลายๆ ชิ้นก่อน จากนั้นจึงเชื่อมแต่ละชิ้นส่วนด้วยกาว Si ที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างเป็นผลึก และสุดท้ายจึงเคลือบด้วย CVD-SiC (ประมาณ 100 ไมโครเมตร) เนื่องจากการตกผลึกใหม่มีรูพรุน อนุภาคจึงสามารถเข้าไปในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้โดยไม่ต้องเคลือบ SiC นอกจากนี้ กาว Si ในบริเวณรอยเชื่อมไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้เท่ากับวัสดุ SiC กระบวนการผลิตผลึก SiC ที่ผ่านกระบวนการตกผลึกใหม่และเคลือบด้วย CVD-SiC จึงใช้เวลานานที่สุดและมีต้นทุนสูงมาก เมื่อเทียบกับผลึกกราไฟต์ที่เคลือบด้วย SiC แล้ว ผลึก SiC ที่ผ่านกระบวนการตกผลึกใหม่และเคลือบด้วย CVD-SiC จะไม่มีปัญหาเรื่องค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ไม่ตรงกัน แต่การล้างด้วยกรดและการชนอาจทำให้การเคลือบ SiC หลุดลอกได้ อายุการใช้งานยาวนานกว่าเล็กน้อย ประมาณ 2-3 ปี
3. เรือคริสตัล SiC แบบชิ้นเดียว ไม่เคลือบ CVD
สำหรับเรือคริสตัลที่ไม่มีการเคลือบ CVD พื้นผิวจะต้องมีความหนาแน่นสูง วัสดุ SiC ที่มีความหนาแน่นสูงมีสองประเภท ได้แก่ SiC ที่เผาผนึกแบบไร้แรงดัน (SSiC) และ SiC ที่เผาผนึกด้วยปฏิกิริยา (RBSiC หรือที่รู้จักกันในชื่อ SiC ที่มีซิลิคอนแทรกซึม) อย่างไรก็ตาม SiC ทั้งสองประเภทนี้ไม่สามารถหลอมรวมเป็นชิ้นเดียวได้เหมือนควอตซ์ การขึ้นรูป SiC จากผงและเผาให้เป็นรูปทรงเรือคริสตัลชิ้นเดียวแบบง่ายๆ นั้นทำได้ยาก นอกจากนี้ SiC ยังแข็งมากและแปรรูปได้ยาก ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนการผลิตเรือคริสตัล SiC ชิ้นเดียวแบบง่ายๆ นั้นสูงมาก แม้ว่า RBSiC จะขึ้นรูปได้ง่ายกว่า SSiC เล็กน้อย แต่ก็ยังแข็งมาก นอกจากนี้ RBSiC ยังมีซิลิคอนอิสระ 10 ถึง 15% ซึ่งทำให้ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้เท่ากับวัสดุ SSiC โดยทั่วไป สามารถทนต่ออุณหภูมิได้ต่ำกว่า 1400 °C นอกจากนี้ ซิลิคอนอิสระยังถูกกัดกร่อนได้ง่ายด้วยกรด HF ทำให้เกิดอนุภาค
4. เรือคริสตัลแบบโมดูลาร์ Kallex SiC
ชิ้นส่วนต่างๆ ผลิตขึ้นโดยผ่านกระบวนการขึ้นรูป การเผาผนึก และการเจียร โดยใช้วัสดุ SiC ที่เผาผนึกแบบไร้แรงดันที่มีความบริสุทธิ์ 99.675% จากนั้นจึงนำมาประกอบเข้าด้วยกันโดยใช้สกรู น็อต ฯลฯ ที่ทำจาก SiC และยึดด้วยหมุด SiC เพื่อให้มั่นใจถึงความสามารถในการรับน้ำหนัก เนื่องจากไม่มีการเคลือบ SiC จึงไม่มีความเสี่ยงต่อความเสียหายของอนุภาคในสารเคลือบ นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้ยาวนานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง (1600℃) และกรด HF โดยมีอายุการใช้งานมากกว่าห้าปี
วันที่เผยแพร่: 19 สิงหาคม 2568