単結晶炉でのTACコーティンググラファイト部品の適用

の適用TACコーティンググラファイト部品単結晶炉内

パート/1

物理的気相輸送 (PVT) 法を使用した SiC および AlN 単結晶の成長では、るつぼ、シード ホルダー、ガイド リングなどの重要なコンポーネントが重要な役割を果たします。図 2 [1] に示すように、PVT プロセス中、種結晶は低温領域に配置され、SiC 原料は高温 (2400 ℃ 以上) にさらされます。これにより原料が分解され、SiXCy 化合物 (主に Si、SiC2、Si2C などを含む) が生成されます。気相物質は高温領域から低温領域の種結晶に輸送され、種核の形成、結晶成長、単結晶の生成が行われます。したがって、このプロセスで使用されるるつぼ、導流リング、種結晶ホルダーなどの熱場材料は、SiC原料や単結晶を汚染することなく高温耐性を示す必要があります。同様に、AlN 結晶成長に使用される加熱要素は、Al 蒸気と N2 腐食に耐える必要があると同時に、結晶準備時間を短縮するために (AlN との) 高い共晶温度も備えていなければなりません。

SiC [2-5] および AlN [2-3] の調製に TaC コーティングされたグラファイト熱場材料を利用すると、炭素 (酸素、窒素) およびその他の不純物が最小限に抑えられたよりクリーンな製品が得られることが観察されています。これらの材料は、エッジ欠陥が少なく、各領域の抵抗率が低くなります。さらに、微細孔およびエッチングピット（KOH エッチング後）の密度が大幅に減少し、結晶品質が大幅に向上します。さらに、TaC るつぼは重量損失がほぼゼロで、非破壊的な外観を維持し、リサイクル可能 (寿命は最大 200 時間) であるため、単結晶製造プロセスの持続可能性と効率が向上します。

イチジク。 2。

(b) 上部 TaC コーティングされたシード ブラケット (SiC シードを含む)

（c）TACコーティンググラファイトガイドリング

MOCVD GANエピタキシャル層成長ヒーター

パート/2

有機金属の分解反応による薄膜の気相エピタキシャル成長に重要な技術である MOCVD (有機金属化学気相成長) GaN 成長の分野では、ヒーターは反応チャンバー内の正確な温度制御と均一性を達成する上で重要な役割を果たします。図 3 (a) に示すように、ヒーターは MOCVD 装置の中核コンポーネントと考えられます。基板を長時間にわたって急速かつ均一に加熱し（繰り返しの冷却サイクルを含む）、高温に耐え（ガス腐食に耐える）、膜の純度を維持する能力は、膜堆積の品質、厚さの一貫性、およびチップの性能に直接影響を与えます。

MOCVD GAN成長システムのヒーターのパフォーマンスとリサイクル効率を向上させるために、TACコーティンググラファイトヒーターの導入が成功しました。 PBN（発熱性窒化ホウ素）コーティングを利用する従来のヒーターとは対照的に、TACヒーターを使用して成長したガンエピタキシャル層は、ほぼ同一の結晶構造、厚さの均一性、固有の欠陥形成、不純物ドーピング、および汚染レベルを示します。さらに、TACコーティングは抵抗率が低く、表面放射率が低いことを示し、ヒーターの効率と均一性が改善され、それにより消費電力と熱損失が削減されます。プロセスパラメーターを制御することにより、コーティングの多孔性を調整して、ヒーターの放射特性をさらに高め、寿命を延ばすことができます[5]。これらの利点は、MOCVD GAN成長システムに最適な選択肢として、TACコーティンググラファイトヒーターを確立します。

イチジク。 3。（a）Ganエピタキシャル成長のためのMOCVDデバイスの概略図

(b) MOCVD セットアップに取り付けられた成型 TAC コーティングされたグラファイト ヒーター (ベースとブラケットを除く) (加熱中のベースとブラケットを示す図)

(c) 17 GaN エピタキシャル成長後の TAC コーティングされたグラファイト ヒーター。 

エピタキシー用コーティングサセプター（ウェーハキャリア）

パート/3

SIC、ALN、GANなどの第3クラスの半導体ウェーハの調製に使用される重要な構造コンポーネントであるウェーハキャリアは、エピタキシャルウェーハの成長プロセスにおいて重要な役割を果たします。通常、グラファイトで作られたウェーハキャリアは、1100〜1600°Cのエピタキシャル温度範囲内でプロセスガスからの腐食に抵抗するためにSICでコーティングされています。保護コーティングの耐食性は、ウェーハキャリアの寿命に大きく影響します。実験結果は、TACが高温アンモニアにさらされるとSICの約6倍遅い腐食率を示すことを示しています。高温の水素環境では、TACの腐食速度はSICの10倍以上遅いです。

実験的証拠は、TACでコーティングされたトレイが不純物を導入することなく青色光ガンMOCVDプロセスに優れた互換性を示すことを実証しています。プロセスの調整が限られているため、TACキャリアを使用して成長したLEDは、従来のSICキャリアを使用して成長したものと同等のパフォーマンスと均一性を示しています。その結果、TACコーティングされたウェーハキャリアのサービスライフは、コーティングされておらず、SICコーティングされたグラファイトキャリアのサービスを上回ります。

形。 GaN エピタキシャル成長 MOCVD デバイス (Veeco P75) で使用後のウェーハ トレイ。左側はTaCでコーティングされ、右側はSiCでコーティングされています。

共通の作り方TACコーティンググラファイト部品

パート/1

CVD（化学蒸気堆積）メソッド：

900-2300℃、TACL5およびCNHMをタンタルおよび炭素源として使用し、H₂は大気を減らす、キャリアガス、反応堆積フィルム。準備されたコーティングは、コンパクトで均一で高純度です。ただし、複雑なプロセス、高価なコスト、困難な気流制御、低堆積効率など、いくつかの問題があります。

パート/2

スラリー焼結方法：

炭素源、タンタル源、分散剤、バインダーを含むスラリーは、グラファイトにコーティングされ、乾燥後に高温で焼結します。調製されたコーティングは、定期的な方向なしで成長し、コストが低く、大規模な生産に適しています。大きなグラファイトで均一で完全なコーティングを実現し、サポートの欠陥を排除し、コーティング結合力を強化するために、調査する必要があります。

パート/3

プラズマ溶射法：

TaC粉末をプラズマアークにより高温で溶解し、高速ジェットにより高温の液滴に噴霧し、黒鉛材料の表面に噴霧します。非真空下では酸化膜の形成が容易であり、エネルギー消費が大きい。

TACコーティングされたグラファイト部品を解決する必要があります

パート/1

結合力:

TaCと炭素材料は熱膨張係数などの物性が異なり、塗膜の密着強度が低く、亀裂や気孔、熱応力を避けることが難しく、腐朽や腐食を含む実大気中では塗膜が剥がれやすい。上昇と冷却の繰り返し。

パート/2

純度：

TaC コーティングは、高温条件下での不純物や汚染を避けるために超高純度である必要があり、コーティング全体の表面および内部の遊離炭素および固有不純物の有効含有量基準と特性評価基準に同意する必要があります。

パート/3

安定性：

2300を超える高温抵抗と化学大気抵抗は、コーティングの安定性をテストするための最も重要な指標です。ピンホール、亀裂、角の欠落、および単一の方向の粒界は、腐食性ガスを浸透してグラファイトに浸透させ、コーティング保護の故障を引き起こすことができます。

パート/4

酸化抵抗：

TACは、500℃を超えるとTA2O5に酸化し始め、酸化速度は温度と酸素濃度の増加とともに急激に増加します。表面の酸化は、粒界と小さな粒子から始まり、列の結晶と壊れた結晶を徐々に形成し、多くの隙間と穴を形成し、コーティングが剥がれるまで酸素浸潤が強化されます。結果として得られる酸化物層は、熱伝導率が低く、外観がさまざまな色を持っています。

PART/5

均一性と粗さ:

コーティング表面が不均一に分布すると、局所的な熱応力が集中し、亀裂や剥離の危険性が高まります。さらに、表面粗さはコーティングと外部環境との相互作用に直接影響し、粗さが大きすぎると、ウエハーとの摩擦が増大し、熱場が不均一になりやすくなります。

パート/6

粒度：

均一な粒度は、コーティングの安定性に役立ちます。粒子のサイズが小さい場合、結合はきつくなく、酸化して腐食するのは簡単で、粒縁に多数の亀裂と穴があり、コーティングの保護性能が低下します。粒子のサイズが大きすぎる場合、それは比較的粗く、コーティングは熱応力の下で簡単に剥がれます。

結論と見通し

一般的に、TACコーティンググラファイト部品市場には膨大な需要と幅広い用途の見通しがあり、現在TACコーティンググラファイト部品製造の主流は CVD TaC コンポーネントに依存することです。しかし、CVD TaC 製造装置のコストが高く、堆積効率が限られているため、従来の SiC コーティングされたグラファイト材料は完全に置き換えられていません。焼結法は原材料のコストを効果的に削減でき、グラファイト部品の複雑な形状に適応できるため、よりさまざまなアプリケーションシナリオのニーズを満たすことができます。