يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دىففۇزىيە ئوچاق تۇرۇبىسى ماتېرىياللىرى: كۋارتس، SiC ۋە ئىلغار كېرامىكا ئېرىتمىلىرى

كىرىش سۆز: يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىشتا ئوچاق تۇرۇبىسى ماتېرىياللىرىنىڭ مۇھىم رولى

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ۋافېر ياساشتا، دىففۇزىيە ئوچاق تۇرۇبىسى ئىسسىقلىق بىر تەرەپ قىلىش ئۈسكۈنىلىرىدە ئىشلىتىلىدىغان ئەڭ مۇھىم يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق جەريان زاپچاسلىرىنىڭ بىرى. ئۇ تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالغان بىر قانچە مۇھىم يېرىم ئۆتكۈزگۈچ جەريانلىرى ئۈچۈن كونترول قىلىنىدىغان رېئاكسىيە مۇھىتى بىلەن تەمىنلەيدۇ:

• ئىسسىقلىق ئوكسىدلىنىشى؛
• قوشۇمچە ماددىلارنىڭ تارقىلىشى؛
• قىزىتىش؛
• LPCVD نى خاتىرىلەش؛
• يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ۋافېر بىر تەرەپ قىلىش.

ئادەتتىكى سانائەت ئوچاق زاپچاسلىرىدىن پەرقلىق ھالدا، يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئوچاق تۇرۇبىلىرى ئىنتايىن قاتتىق تەلەپلەرگە ئۇيغۇن بولۇشى كېرەك، چۈنكى ھەتتا ئىز بۇلغىنىشى ياكى زەررىچە ھاسىل بولۇشىمۇ ۋاسكىنىڭ مەھسۇلات مىقدارى ۋە ئۈسكۈنىنىڭ ئىشەنچلىكلىكىگە بىۋاسىتە تەسىر كۆرسىتىدۇ.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دىففۇزىيە ۋە ئوكسىدلىنىش جەريانلىرىدا، ئوچاق تۇرۇبىلىرى ئادەتتە تۆۋەندىكى تەسىرلەرگە ئۇچرايدۇ:

• 800 سېلسىيە گرادۇستىن 1200 سېلسىيە گرادۇسقىچە بولغان يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق مۇھىتلار؛
• O₂ ۋە H₂O قاتارلىق ئوكسىدلىنىش گازلىرى؛
• N₂ ۋە Ar قاتارلىق ئىنېرت گازلار؛
• POCl₃ ۋە BBr₃ قاتارلىق قوشۇمچە ماددىلارنىڭ ئالدىنقى ماددىلىرى؛
• HCl قاتارلىق چىرىتىش خاراكتېرلىك خىمىيىلىك تۈرلەر.

شۇڭا، ئوچاق تۇرۇبىسىنىڭ ماتېرىياللىرى بىرلا ۋاقىتتا تۆۋەندىكىلەرنى تەمىنلىشى كېرەك:

• ئىنتايىن يۇقىرى خىمىيىلىك ساپلىق؛
• ئىسسىقلىق مۇقىملىقى ناھايىتى ياخشى؛
• مېتال بۇلغىنىشى تۆۋەن؛
• يۇقىرى چىرىشكە قارشى تۇرۇش ئىقتىدارى؛
• زەررىچە ھاسىل بولۇش نىسبىتى تۆۋەن؛
• ئۇزۇن ئىشلىتىش ئۆمرى.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۈسكۈنىلىرىنىڭ ماتېرىيال ئۆلچىمى ۋە كەسىپ ئەمەلىيىتىگە ئاساسلانغاندا، ئەڭ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان ئوچاق تۇرۇبىسى ماتېرىياللىرى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• يۇقىرى ساپلىقتىكى كۋارتس (ئېرىتىلگەن كرېمنىي، SiO₂)
• كرېمنىي كاربىدى (SiC كېرامىكا)
• ئاليۇمىن كېرامىكا (Al₂O₃)
• كرېمنىي نىترىد كېرامىكىسى (Si₃N₄)

يۇقىرى ساپلىقتىكى كۋارتس تۇرۇبىسى

بارلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئوچاق تۇرۇبىسى ماتېرىياللىرى ئىچىدە، يۇقىرى ساپلىقتىكى كۋارتس تۇرۇبىسى ئۆزىنىڭ ئالاھىدە ساپلىقى، ئىسسىقلىق مۇقىملىقى ۋە پىشقان پىششىقلاش تېخنىكىسى سەۋەبىدىن ئەنئەنىۋى كرېمنىي ۋاپپېر ئىشلەپچىقىرىشتا ئاساسلىق ھەل قىلىش چارىسى بولۇپ قالىدۇ.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دەرىجىلىك كۋارتس تۇرۇبىلىرى يۇقىرى ساپلىقتىكى ئېرىتىلگەن كرېمنىيدىن ياسىلىدۇ، بۇنىڭ ئاساسلىق تەركىبى كرېمنىي دىئوكسىد (SiO₂) دىن تەركىب تاپىدۇ. ساپلىق دەرىجىسى ئادەتتە %99.99 تىن ئاشىدۇ، Fe، Na، K، Cu، Al قاتارلىق مېتال قوشۇلمىلىرى قاتتىق كونترول قىلىنىدۇ.

ئىسسىقلىق ئوكسىدلىنىش جەريانلىرىدا، كۋارتس ئوچاق تۇرۇبىلىرى كرېمنىي ئوكسىد قەۋىتىنى ھاسىل قىلىش ئۈچۈن ئەڭ ياخشى رېئاكسىيە مۇھىتى بىلەن تەمىنلەيدۇ.

تىپىك رېئاكسىيەلەر تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

قۇرۇق ئوكسىدلىنىش:

Si + O₂ → SiO₂

ھۆل ئوكسىدلىنىش:

Si + H₂O → SiO₂ + H₂

بۇ ئوكسىدلىنىش جەريانلىرى تۆۋەندىكىلەر ئۈچۈن مۇھىم:

• دەرۋازا دىئېلېكترىك شەكىللىنىشى؛
• يۈزەكى پاسسىۋاتسىيە؛
• ئىزولياتسىيە قۇرۇلمىلىرى.

كۋارتس تۇرۇبىلىرى يەنە قوشۇمچە ماددىلارنىڭ تارقىلىش جەريانلىرىدا كەڭ قوللىنىلىدۇ، مەسىلەن:

• POCl₃ ئارقىلىق فوسفورنىڭ تارقىلىشى؛
• BBr₃ ئارقىلىق بور دىففۇزىيەسى؛
• ئارسېننىڭ تارقىلىش جەريانلىرى.

بۇنىڭدىن باشقا، كۋارتس ئوچاق تۇرۇبىلىرى LPCVD سىستېمىلىرىدا تۆۋەندىكى ئىشلار ئۈچۈن كەڭ قوللىنىلىدۇ: 

• كرېمنىي نىترىدنىڭ چۆكمىسى؛
• پولىكرىستاللىق كرېمنىينىڭ چۆكمىسى.

كۋارتس ئوچاق تۇرۇبىسىنىڭ ئاساسلىق ئەۋزەللىكلىرى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• ناھايىتى ياخشى خىمىيىلىك ساپلىق
• تۆۋەن ئىسسىقلىق كېڭىيىشى
• ئېسىل ئىسسىقلىق بىردەكلىكى

قانداقلا بولمىسۇن، كۋارتس تۇرۇبىلىرىنىڭمۇ بەلگىلىك چەكلىمىلىرى بار. ئاساسلىق چەكلىمە يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق مېخانىكىلىق مۇقىملىق. تەخمىنەن 1100–1200 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئۇزۇن مۇددەت ئىشلىگەندە، كۋارتس تۆۋەندىكىدەك ئەھۋاللارنى كەلتۈرۈپ چىقىرىشى مۇمكىن:

• تۇرۇبا شەكلىنىڭ ئۆزگىرىشى؛
• ئېگىلىپ قېلىش؛
• مېخانىكىلىق كۈچنىڭ تۆۋەنلىشى.

شۇڭا، كۋارتس ئاساسلىق كرېمنىي يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىشتا يەنىلا ئەڭ ياخشى تاللاش بولۇپ قالىدۇ، ئەمما ئىنتايىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ياكى يۇقىرى دەرىجىدە چىرىشچانلىق جەريانلىرىغا ئانچە ماس كەلمەيدۇ.

كرېمنىي كاربىد تۇرۇبىسى: ئىلغار يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ھەل قىلىش چارىسى

كرېمنىي كاربىد (SiC) كېرامىكىسى ئىلغار ئوچاق تۇرۇبىلىرى ئۈچۈن ئۈمىدۋار ئالماشتۇرۇش ماتېرىيالىغا ئايلاندى.

SiC كرېمنىي ۋە كاربون ئاتوملىرىدىن تەركىب تاپقان كوۋالېنتلىق كېرامىكا بىرىكمىسى. يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دەرىجىلىك SiC كېرامىكىسى ئادەتتە تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• رېئاكسىيە باغلىنىشلىق SiC؛
• سىنتېرلانغان SiC؛
• يۇقىرى ساپلىقتىكى CVD SiC ماتېرىياللىرى.

كۋارتس بىلەن سېلىشتۇرغاندا، SiC تۆۋەندىكىدەك كۆرۈنەرلىك ياخشىلىنىشلارنى تەمىنلەيدۇ:

• تېمپېراتۇرىغا قارشىلىق كۆرسىتىش؛
• مېخانىكىلىق كۈچ؛
• ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى؛
• خىمىيىلىك چىدامچانلىق.

SiC ئوچاق تۇرۇبىلىرىنىڭ ئەڭ مۇھىم ئەۋزەللىكلىرىنىڭ بىرى ئۇلارنىڭ يۇقىرى تېمپېراتۇرىغا چىداملىق بولۇشىدۇر.

كۋارتس ئادەتتە تەخمىنەن 1200 سېلسىيە گرادۇسلۇق ئىشلىتىش شارائىتى بىلەنلا چەكلىنىدۇ، SiC كېرامىكىسى 1500 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىغا بەرداشلىق بېرەلەيدۇ، بۇ ئۇلارنى ئىلغار ئىسسىقلىق جەريانلىرىغا ماسلاشتۇرىدۇ.

ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىدىكى پەرقمۇ مۇھىم:

• كۋارتس: ~1.4 W/m·K
• كرېمنىي كاربىدى: 120–200 W/m·K

SiC نىڭ يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى تۆۋەندىكىلەرنى ئەمەلگە ئاشۇرىدۇ:

• تېز ئىسسىقلىق ئىنكاسى؛
• تېمپېراتۇرا بىردەكلىكى ياخشىلاندى؛
• تېمپېراتۇرا گرادىيېنتىنىڭ تۆۋەنلىشى.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلىتىشتە، SiC ئوچاق تۇرۇبىسى ئاساسلىقى تۆۋەندىكىلەر ئۈچۈن قارىلىدۇ:

• يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا قىزىتىش؛
• ئىلغار دىففۇزىيە جەريانلىرى؛
• كرېمنىي كاربىد ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرى ئىشلەپچىقىرىش؛
• GaN يېرىم ئۆتكۈزگۈچ بىر تەرەپ قىلىش

ئاليۇمىن تۇرۇبىسى (Al₂O₃): ئەرزان باھالىق يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق كېرامىك ماتېرىيال

ئاليۇمىن كېرامىك تۇرۇبىلار ئاساسلىقى ئاليۇمىن ئوكسىد (Al₂O₃) دىن ئىشلەپچىقىرىلىدۇ، ئادەتتە ساپلىق دەرىجىسى %95 تىن %99.8 گىچە بولىدۇ.

ئاليۇمىن كېرامىكىلارنىڭ ئىشلىتىش تېمپېراتۇرىسى تەخمىنەن 1400–1700 سېلسىيە گرادۇسقا يېتىدۇ، بۇ ئادەتتىكى كۋارتستىن يۇقىرى.

بۇ ئالاھىدىلىكلەر سەۋەبىدىن، ئاليۇمىن ئوچاق تۇرۇبىلىرى ئادەتتە تۆۋەندىكى ساھەلەردە ئىشلىتىلىدۇ:

تەجرىبىخانا يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئوچاقلىرى؛

• l تەتقىقات ۋە تەرەققىيات ئۈسكۈنىلىرى؛
• l سىناق خاراكتېرلىك ئىسسىقلىق بىر تەرەپ قىلىش سىستېمىلىرى.

قانداقلا بولمىسۇن، ئاليۇمىننىڭ كۆپ مىقداردىكى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىشتا قوللىنىلىشى چەكلىك. بۇنىڭ ئاساسلىق سەۋەبى بۇلغىنىشنى كونترول قىلىش.

كۋارتس بىلەن سېلىشتۇرغاندا، ئاليۇمىن كېرامىكىسى تۆۋەندىكىلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىشى مۇمكىن:

• ئاليۇمىن بۇلغىنىشى؛
• l يۇقىرى ئارىلاشما دەرىجىسى.

ئىنتايىن تۆۋەن بۇلغىنىش دەرىجىسىنى تەلەپ قىلىدىغان ئىلغار يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن، كۋارتس ۋە يۇقىرى ساپلىقتىكى SiC يەنىلا ئەڭ ياخشى تاللاش بولۇپ قالىدۇ.

كرېمنىي نىترىد تۇرۇبىسى (Si₃N₄): ئىسسىقلىق سوقۇلۇشىغا چىداملىق ئىلغار كېرامىكا

كرېمنىي نىترىدى (Si₃N₄) ئۆزىنىڭ ئالاھىدە مېخانىكىلىق خۇسۇسىيىتى بىلەن تونۇلغان يەنە بىر ئىلغار كېرامىكا ماتېرىيالى. يېرىم ئۆتكۈزگۈچ قوللىنىش ئېھتىماللىقى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• مەخسۇس ئوچاق زاپچاسلىرى؛
• يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۈسكۈنىلىرىنى تەتقىق قىلىش؛
• يۇقىرى تېمپېراتۇرىغا چىداملىق كېرامىك قۇرۇلمىلار.

قانداقلا بولمىسۇن، Si₃N₄ ئوچاق تۇرۇبىسى تۆۋەندىكى سەۋەبلەر تۈپەيلىدىن ئاساسلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دىففۇزىيە ئوچاقلىرىدا كەڭ قوللىنىلمايدۇ:

• ئىشلەپچىقىرىشنىڭ مۇرەككەپلىكى يۇقىرى؛
• يۇقىرى باھا؛
• چەكلىك سانائەت تەمىنلەش زەنجىرىنىڭ يېتىلىشى.

خۇلاسە

دىففۇزىيە ئوچاق تۇرۇبىسى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىشتا مۇھىم، ئەمما كۆپىنچە ۋاقىتلاردا كەم باھالىنىدىغان بىر قىسىم. ئۇنىڭ ماتېرىيالى تۆۋەندىكىلەرگە بىۋاسىتە تەسىر كۆرسىتىدۇ:

• ۋافېرنىڭ ئۈنۈمى؛
• جەرياننىڭ مۇقىملىقى؛
• زەررىچە ئىقتىدارى؛
• ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئىشلىتىش مۇددىتى.

ھازىر:

كۋارتس تۇرۇبىلىرىئالاھىدە ساپلىقى ۋە پىشقانلىقى سەۋەبىدىن ئەنئەنىۋى ئوكسىدلىنىش ۋە دىففۇزىيە جەريانلىرىغا ھۆكۈمرانلىق قىلىدۇ.

SiC تۇرۇبىلىرىكېيىنكى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ قوللىنىشچان پروگراممىلىرى ئۈچۈن ئىلغار ئىسسىقلىق ئىقتىدارى بىلەن تەمىنلەيدۇ.

ئاليۇمىن ۋە كرېمنىي نىترىد تۇرۇبىلىرى مېخانىكىلىق ئىقتىدارغا ئەھمىيەت بېرىدىغان ئالاھىدە يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق قوللىنىشچان ساھەلەردە ئىشلىتىلىدۇ.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش تېمپېراتۇرانىڭ يۇقىرىلىشى، چوڭراق ۋاپلېرلار ۋە كەڭ بەلباغلىق ئۈسكۈنىلەرنىڭ تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ، ئىلغار كېرامىك ئوچاق تۇرۇبىسى ماتېرىياللىرى كەلگۈسىدىكى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش ئۈسكۈنىلىرىدە بارغانسېرى مۇھىم رول ئوينايدۇ.