Одоогийн байдлаар хагас дамжуулагчийн гурав дахь үе давамгайлж байнацахиурын карбид. Түүний төхөөрөмжүүдийн зардлын бүтцэд субстрат нь 47%, эпитакси нь 23% -ийг эзэлдэг. Энэ хоёр нийлээд 70 орчим хувийг эзэлдэг нь хамгийн чухал хэсэг юмцахиурын карбидтөхөөрөмж үйлдвэрлэлийн салбарын гинжин .
Бэлтгэхэд түгээмэл хэрэглэгддэг аргацахиурын карбиддан талстууд нь PVT (физик уурын тээвэрлэлт) арга юм. Түүхий эдийг өндөр температурын бүсэд, үрийн болорыг харьцангуй бага температурын бүсэд хийх зарчим юм. Илүү өндөр температурт түүхий эд нь задарч, шингэн фазгүйгээр хийн фазын бодисыг шууд үүсгэдэг. Эдгээр хийн фазын бодисууд нь тэнхлэгийн температурын градиентийн дагуу үрийн талст руу зөөгдөж, үрийн талст дээр бөөмжиж ургаж, цахиурын карбидын нэг талст үүсгэдэг. Одоогийн байдлаар Cree, II-VI, SiCrystal, Dow зэрэг гадаадын компаниуд болон дотоодын Tianyue Advanced, Tianke Heda, Century Golden Core зэрэг компаниуд энэ аргыг хэрэглэж байна.
Цахиурын карбидын 200 гаруй талст хэлбэр байдаг бөгөөд шаардлагатай нэг талст хэлбэрийг (үндсэн урсгал нь 4H болор хэлбэр) үүсгэхийн тулд маш нарийн хяналт шаарддаг. Tianyue Advanced-ийн танилцуулгад дурдсанаар тус компанийн болор саваа 2018-2020, 2021 оны 1-р улиралд тус тус 41%, 38.57%, 50.73%, 49.90%, субстратын гарц 72.61%, 72.61%, 49.7%, 2021 оны 1-р улиралд 49.90% байна. 75.47% тус тус. Иж бүрэн өгөөж одоогоор дөнгөж 37.7% байна. Үндсэн PVT аргыг жишээ болгон авч үзвэл бага ургац нь SiC субстрат бэлтгэх дараах хүндрэлтэй холбоотой юм.
1. Температурын талбайн хяналтын хүндрэл: SiC болор савааг 2500℃ өндөр температурт үйлдвэрлэх шаардлагатай бол цахиурын талстыг зөвхөн 1500℃ температурт үйлдвэрлэх шаардлагатай байдаг тул тусгай дан болор зуух шаардлагатай бөгөөд үйлдвэрлэлийн явцад өсөлтийн температурыг нарийн хянах шаардлагатай. , энэ нь хянахад маш хэцүү байдаг.
2. Удаан үйлдвэрлэлийн хурд: Уламжлалт цахиурын материалын өсөлтийн хурд нь цагт 300 мм, харин цахиурын карбидын нэг талст нь цагт ердөө 400 микрон ургадаг бөгөөд энэ нь бараг 800 дахин их ялгаатай юм.
3. Бүтээгдэхүүний сайн үзүүлэлтүүдэд тавигдах өндөр шаардлага, хар хайрцгийн гарцыг цаг хугацаанд нь хянахад хэцүү байдаг: SiC хавтанцарын үндсэн үзүүлэлтүүдэд микро гуурсан хоолойн нягт, мултрах нягт, эсэргүүцэл, эвдрэл, гадаргуугийн барзгар байдал зэрэг орно. Кристал ургах явцад цахиур-нүүрстөрөгчийн харьцаа, өсөлтийн температурын градиент, болор өсөлтийн хурд, агаарын урсгалын даралт зэрэг параметрүүдийг нарийн хянах шаардлагатай. Үгүй бол полиморф орц үүсэх магадлалтай бөгөөд үүний үр дүнд шаардлага хангаагүй талстууд үүсдэг. Бал чулуун тигелийн хар хайрцагт болорын өсөлтийн төлөвийг бодит цаг хугацаанд ажиглах боломжгүй бөгөөд дулааны талбайн маш нарийн хяналт, материалын тохируулга, туршлага хуримтлуулах шаардлагатай.
4. Кристал тэлэлтийн хүндрэл: Хийн фазын тээвэрлэлтийн аргын дагуу SiC талст өсөлтийг тэлэх технологи нь маш хэцүү байдаг. Кристалын хэмжээ ихсэх тусам түүний өсөлтийн хүндрэл нь экспоненциалаар нэмэгддэг.
5. Ерөнхийдөө бага ундарга: Бага гарц нь үндсэндээ хоёр холбоосоос бүрдэнэ: (1) Кристал савааны гарц = хагас дамжуулагчийн зэрэглэлийн болор бариулын гаралт/(хагас дамжуулагчийн зэрэглэлийн болор бариулын гаралт + хагас дамжуулагчийн бус ангиллын болор савааны гаралт) × 100%; (2) Субстратын гарц = чанарын шаардлага хангасан субстратын гаралт/(мэргэшсэн субстратын гаралт + шаардлага хангаагүй субстратын гаралт) × 100%.
Өндөр чанартай, өндөр ургац бэлтгэхэдцахиурын карбидын субстрат, үйлдвэрлэлийн температурыг нарийн хянахын тулд гол нь илүү сайн дулааны талбайн материал хэрэгтэй. Одоогоор ашиглагдаж байгаа дулааны талбайн тигелийн иж бүрдэл нь нүүрстөрөгчийн нунтаг, цахиурын нунтагыг халааж, хайлуулах, дулаан байлгахад ашигладаг өндөр цэвэршилттэй бал чулуун бүтцийн хэсгүүд юм. Графит материал нь өндөр хувийн бат бэх ба хувийн модультай, дулааны цохилтод тэсвэртэй, зэврэлтэнд тэсвэртэй шинж чанартай боловч өндөр температурт хүчилтөрөгчийн орчинд амархан исэлддэг, аммиакийн нөлөөнд тэсвэртэй, зурлагад тэсвэртэй гэх мэт сул талуудтай. Цахиурын карбидын нэг талст өсөлт бацахиурын карбидын эпитаксиальүйлдвэрлэл, графит материалыг ашиглах хүмүүсийн улам бүр хатуу шаардлагыг хангахад хэцүү байдаг нь түүний хөгжил, практик хэрэглээг ноцтойгоор хязгаарладаг. Тиймээс тантал карбид гэх мэт өндөр температурт бүрхүүлүүд гарч эхэлсэн.
2. шинж чанарТантал карбидын бүрээс
TaC керамик нь 3880 ℃ хүртэл хайлах температуртай, өндөр хатуулагтай (Mohs хатуулаг 9-10), их хэмжээний дулаан дамжуулалттай (22W·m-1·K−1), их хэмжээний гулзайлтын бат бэх (340-400МПа), бага дулаан тэлэлттэй. коэффициент (6.6×10−6K−1) ба термохимийн тогтвортой байдал, маш сайн физик шинж чанарыг харуулдаг. Энэ нь графит болон C/C нийлмэл материалтай сайн химийн нийцтэй, механик нийцтэй. Тиймээс TaC бүрэх нь сансрын дулааны хамгаалалт, дан болор өсөлт, эрчим хүчний электроник, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж зэрэгт өргөн хэрэглэгддэг.
TaC бүрсэнбал чулуу нь нүцгэн бал чулуу эсвэл SiC бүрсэн бал чулуунаас илүү химийн зэврэлтэнд тэсвэртэй, 2600°-ийн өндөр температурт тогтвортой ашиглах боломжтой, олон металл элементтэй урвалд ордоггүй. Энэ нь гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн нэг талст ургалт болон вафер сийлбэрийн хувилбаруудын хамгийн сайн бүрхүүл юм. Энэ нь процесс, бэлтгэх явцад температур, хольцын хяналтыг ихээхэн сайжруулж чаднаөндөр чанартай цахиурын карбид хавтанболон холбоотойэпитаксиаль хавтан. Энэ нь ялангуяа MOCVD төхөөрөмжөөр GaN эсвэл AlN дан талстыг ургуулах, PVT төхөөрөмжөөр SiC дан талстыг ургуулахад тохиромжтой бөгөөд ургуулсан дан талстуудын чанар мэдэгдэхүйц сайжирсан.
III. Тантал карбид бүрсэн төхөөрөмжийн давуу тал
Тантал карбидын TaC бүрээсийг ашиглах нь болор ирмэгийн согогийн асуудлыг шийдэж, болор өсөлтийн чанарыг сайжруулж чадна. Энэ нь "хурдан ургах, бүдүүн ургах, урт ургах" техникийн үндсэн чиглэлүүдийн нэг юм. Салбарын судалгаагаар тантал карбидаар бүрсэн графит тигель нь илүү жигд халаалт өгч, улмаар SiC нэг талст ургах процессын маш сайн хяналтыг бий болгож, SiC талстуудын ирмэг дээр поликристал үүсэх магадлалыг эрс бууруулдаг болохыг харуулсан. Нэмж дурдахад тантал карбидын графит бүрэх нь хоёр том давуу талтай.
(I) SiC-ийн согогийг бууруулах
SiC-ийн нэг талст согогийг хянахын тулд ихэвчлэн гурван чухал арга байдаг. Тантал карбидаар бүрсэн графит тигль ашиглах нь өсөлтийн параметрүүд болон өндөр чанартай эх материалыг (SiC эх үүсвэрийн нунтаг гэх мэт) оновчтой болгохоос гадна сайн талст чанарыг олж авах боломжтой.
Уламжлалт графит тигелийн бүдүүвч диаграм (a) ба TAC бүрсэн тигель (б)
Солонгосын Зүүн Европын Их Сургуулийн судалгаагаар SiC талст ургах гол хольц нь азот бөгөөд тантал карбидаар бүрсэн бал чулуун тигель нь SiC талстуудын азотын нэгдлийг үр дүнтэйгээр хязгаарлаж, улмаар бичил хоолой зэрэг согог үүсэхийг багасгаж, болорыг сайжруулдаг. чанар. Судалгаанаас үзэхэд ижил нөхцөлд ердийн бал чулуун тигль болон TAC бүрсэн тигелд ургуулсан SiC өрөмний тээвэрлэгчийн агууламж ойролцоогоор 4.5×1017/см ба 7.6×1015/см байна.
Уламжлалт бал чулуун тигль (a) болон TAC бүрсэн тигль (b)-д ургуулсан SiC дан талстуудын согогийн харьцуулалт
(II) Бал чулуун тигелийн ашиглалтын хугацааг сайжруулах
Одоогийн байдлаар SiC талстуудын өртөг өндөр хэвээр байгаа бөгөөд үүнээс бал чулуун материалын өртөг 30 орчим хувийг эзэлж байна. Бал чулуун материалын өртөгийг бууруулах гол зүйл бол ашиглалтын хугацааг уртасгах явдал юм. Британийн судалгааны багийн мэдээллээс үзэхэд тантал карбидын бүрээс нь бал чулууны эд ангиудын ашиглалтын хугацааг 30-50% -иар уртасгаж чадна. Энэ тооцоогоор зөвхөн тантал карбид бүрсэн бал чулууг орлуулах нь SiC талстуудын өртөгийг 9%-15%-иар бууруулах боломжтой юм.
4. Тантал карбидын бүрээс бэлтгэх үйл явц
TaC бүрэх бэлтгэх аргыг хатуу фазын арга, шингэн фазын арга, хийн фазын арга гэсэн гурван ангилалд хувааж болно. Хатуу фазын арга нь үндсэндээ бууруулах арга, химийн аргыг агуулдаг; шингэн фазын аргад хайлсан давсны арга, соль-гель арга (Sol-Gel), зутангаар шингэлэх арга, плазмаар цацах арга; хийн фазын аргад химийн уурын хуримтлал (CVD), химийн уурын нэвчилт (CVI) болон физик уурын хуримтлал (PVD) орно. Өөр өөр аргууд нь өөрийн давуу болон сул талуудтай байдаг. Тэдгээрийн дотроос CVD нь TaC бүрээсийг бэлтгэхэд харьцангуй боловсорч гүйцсэн, өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Үйл явцыг тасралтгүй сайжруулснаар халуун утсан химийн уурын хуримтлал, ионы цацрагийн тусламжтайгаар химийн уурын хуримтлал зэрэг шинэ процессууд бий болсон.
TaC бүрэх өөрчилсөн нүүрстөрөгч дээр суурилсан материалд голчлон бал чулуу, карбон файбер, нүүрстөрөгч/нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалууд орно. Бал чулуун дээр TaC бүрэх бэлтгэх аргууд нь плазмаар шүрших, CVD, зутангаар нунтаглах гэх мэт орно.
ЗСӨ-ийн аргын давуу тал: TaC бүрээсийг бэлтгэх CVD арга нь танталын галоген (TaX5), нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болох нүүрсустөрөгч (CnHm) дээр суурилдаг. Тодорхой нөхцөлд тэдгээр нь Ta ба C-д тус тус задарч, дараа нь бие биетэйгээ урвалд орж TaC бүрээсийг олж авдаг. CVD аргыг бага температурт хийж болох бөгөөд энэ нь өндөр температурт бэлтгэх эсвэл бүрэх боловсруулалтаас үүдэлтэй согог, механик шинж чанар буурахаас тодорхой хэмжээгээр зайлсхийх боломжтой. Бүрхүүлийн найрлага, бүтцийг хянах боломжтой бөгөөд өндөр цэвэршилттэй, өндөр нягтралтай, жигд зузаантай давуу талтай. Хамгийн чухал нь CVD-ийн бэлтгэсэн TaC бүрээсийн найрлага, бүтцийг хялбархан хянаж болно. Энэ нь өндөр чанартай TaC бүрээсийг бэлтгэхэд харьцангуй боловсорсон, өргөн хэрэглэгддэг арга юм.
Үйл явцын гол нөлөөлөгч хүчин зүйлүүд нь:
A. Хийн урсгалын хурд (танталын эх үүсвэр, нүүрсустөрөгчийн хий нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болох, зөөгч хий, шингэрүүлэх хий Ar2, H2-г багасгах): Хийн урсгалын хурдны өөрчлөлт нь температурын талбай, даралтын орон, хийн урсгалын талбарт ихээхэн нөлөөлдөг. урвалын камер, үүний үр дүнд бүрэх найрлага, бүтэц, гүйцэтгэлд өөрчлөлт орно. Ar урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх нь бүрхүүлийн өсөлтийн хурдыг удаашруулж, ширхэгийн хэмжээг багасгах ба TaCl5, H2, C3H6-ийн молийн массын харьцаа нь бүрхүүлийн найрлагад нөлөөлдөг. H2 ба TaCl5-ийн молийн харьцаа нь (15-20):1 бөгөөд энэ нь илүү тохиромжтой. TaCl5 ба C3H6-ийн молийн харьцаа нь онолын хувьд 3:1-тэй ойролцоо байна. Хэт их TaCl5 эсвэл C3H6 нь Ta2C буюу чөлөөт нүүрстөрөгчийг үүсгэж, вафельний чанарт нөлөөлнө.
B. Тунадасжилтын температур: Тунадасжилтын температур өндөр байх тусам тунадасжилтын хурд хурдасч, ширхэгийн хэмжээ томрох ба бүрээс нь барзгар болно. Түүнчлэн нүүрсустөрөгчийн задралын температур, хурд нь С болон TaCl5 нь Ta болж задрах ба Ta, C нь Ta2C үүсгэх магадлал өндөр байдаг. Температур нь TaC бүрэх өөрчлөгдсөн нүүрстөрөгчийн материалд ихээхэн нөлөөлдөг. Туналтын температур нэмэгдэхийн хэрээр тунадасжилтын хурд нэмэгдэж, бөөмийн хэмжээ нэмэгдэж, бөөмийн хэлбэр нь бөмбөрцөгөөс олон талт болж өөрчлөгддөг. Түүнчлэн, тунадасжилтын температур өндөр байх тусам TaCl5-ийн задрал хурдацтай явагдаж, чөлөөт С бага байх тусам бүрхүүл дэх стресс ихсэх ба хагарал амархан үүсдэг. Гэсэн хэдий ч хуримтлуулах температур бага байгаа нь бүрээсийг буулгах үр ашиг багасч, хуримтлуулах хугацаа уртасч, түүхий эдийн өртөг өндөр байх болно.
C. Туналтын даралт: Туналтын даралт нь материалын гадаргуугийн чөлөөт энергитэй нягт холбоотой бөгөөд урвалын камерт хийн оршин суух хугацаанд нөлөөлж, улмаар бүрхүүлийн бөөмийн хурд болон ширхэгийн хэмжээд нөлөөлнө. Тунадасжилтын даралт ихсэх тусам хийн оршин суух хугацаа уртасч, урвалд орж буй бодисууд бөөмжих урвалд орох хугацаа ихсэж, урвалын хурд нэмэгдэж, тоосонцор томорч, бүрхүүл нь зузаан болдог; эсрэгээр, тунадасжилтын даралт багасах тусам урвалын хийн оршин суух хугацаа богино, урвалын хурд удааширч, тоосонцор багасч, бүрээс нь нимгэрдэг боловч тунадасжилтын даралт нь бүрхүүлийн болор бүтэц, найрлагад бага нөлөө үзүүлдэг.
V. Тантал карбидын бүрээсийн хөгжлийн чиг хандлага
TaC-ийн дулааны тэлэлтийн коэффициент (6.6×10−6K−1) нь графит, карбон файбер, C/C нийлмэл материал зэрэг нүүрстөрөгч дээр суурилсан материалаас арай өөр бөгөөд энэ нь нэг фазын TaC бүрээсийг хагарах, хагарах хандлагатай болгодог. унах. TaC бүрээсийн абляци ба исэлдэлтийн эсэргүүцэл, өндөр температурт механик тогтвортой байдал, өндөр температурт химийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг сайжруулахын тулд судлаачид нийлмэл бүрэх систем, хатуу уусмалаар сайжруулсан бүрэх систем, градиент зэрэг бүрэх системүүдийн талаар судалгаа хийсэн. бүрэх системүүд.
Нийлмэл бүрэх систем нь нэг бүрхүүлийн ан цавыг хаах явдал юм. Ихэвчлэн бусад бүрээсийг нийлмэл бүрэх системийг бий болгохын тулд TaC-ийн гадаргуу эсвэл дотоод давхаргад оруулдаг; хатуу уусмалыг бэхжүүлэх бүрэх систем HfC, ZrC гэх мэт нь TaC-тай ижил нүүр төвтэй куб бүтэцтэй бөгөөд хоёр карбид нь бие биендээ хязгааргүй уусдаг тул хатуу уусмалын бүтэц үүсгэдэг. Hf(Ta)C бүрээс нь хагаралгүй, C/C нийлмэл материалд сайн наалддаг. Бүрхүүл нь аблацийн эсрэг маш сайн гүйцэтгэлтэй; градиент бүрэх системийн градиент бүрэх нь түүний зузаанын чиглэлийн дагуу бүрэх бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийг хэлнэ. Бүтэц нь дотоод стрессийг багасгаж, дулааны тэлэлтийн коэффициентүүдийн тохиромжгүй байдлыг сайжруулж, хагарлаас зайлсхийх боломжтой.
(II) Тантал карбидын бүрэх төхөөрөмжийн бүтээгдэхүүн
QYR (Hengzhou Bozhi) компанийн статистик болон урьдчилсан мэдээгээр 2021 онд дэлхийн тантал карбидын бүрэх зах зээлийн борлуулалт 1.5986 сая ам.долларт хүрсэн (Кригийн өөрөө үйлдвэрлэсэн болон өөрөө нийлүүлдэг тантал карбидын бүрэх төхөөрөмжийн бүтээгдэхүүнийг оруулаагүй) одоо ч эхэн шатандаа байна. аж үйлдвэрийн хөгжлийн үе шатууд.
1. Кристал өсөлтөд шаардлагатай болор тэлэлтийн цагираг, тигель: Нэг аж ахуйн нэгжид 200 талст өсөлтийн зуухыг үндэслэн 30 талст өсөлтийн компанид шаардагдах TaC бүрсэн төхөөрөмжийн зах зээлд эзлэх хувь ойролцоогоор 4.7 тэрбум юань байна.
2. TaC тавиурууд: Тавиур тус бүрд 3 ширхэг вафель зөөвөрлөх боломжтой, тавиур тус бүрийг 1 сар ашиглах боломжтой, 100 ширхэг хавтан тутамд 1 тавиур хэрэглэдэг. 3 сая өргүүрт 30,000 TaC тавиур, тавиур тус бүр нь 20,000 орчим ширхэг, жил бүр 600 сая орчим шаардлагатай байдаг.
3. Нүүрстөрөгчийг бууруулах бусад хувилбарууд. Өндөр температурт зуухны доторлогоо, CVD хошуу, зуухны хоолой гэх мэт 100 сая орчим.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 7-р сарын 02-ны өдөр