Ar hyn o bryd, mae'r drydedd genhedlaeth o lled-ddargludyddion yn cael ei dominyddu gansilicon carbid. Yn strwythur cost ei ddyfeisiau, mae'r swbstrad yn cyfrif am 47%, ac mae'r epitaxy yn cyfrif am 23%. Mae'r ddau gyda'i gilydd yn cyfrif am tua 70%, sef y rhan bwysicaf o'rsilicon carbidcadwyn diwydiant gweithgynhyrchu dyfeisiau.
Y dull a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer paratoisilicon carbidcrisialau sengl yw'r dull PVT (cludo anwedd corfforol). Yr egwyddor yw gwneud y deunyddiau crai mewn parth tymheredd uchel a'r grisial hadau mewn parth tymheredd cymharol isel. Mae'r deunyddiau crai ar dymheredd uwch yn dadelfennu ac yn cynhyrchu sylweddau cyfnod nwy yn uniongyrchol heb gyfnod hylif. Mae'r sylweddau cam nwy hyn yn cael eu cludo i'r grisial hadau o dan yriant y graddiant tymheredd echelinol, ac yn cnewyllo ac yn tyfu wrth y grisial hadau i ffurfio grisial sengl carbid silicon. Ar hyn o bryd, mae cwmnïau tramor megis Cree, II-VI, SiCrystal, Dow a chwmnïau domestig megis Tianyue Advanced, Tianke Heda, a Century Golden Core i gyd yn defnyddio'r dull hwn.
Mae mwy na 200 o ffurfiau grisial o garbid silicon, ac mae angen rheolaeth fanwl iawn i gynhyrchu'r ffurf grisial sengl ofynnol (ffurf grisial 4H yw'r brif ffrwd). Yn ôl prosbectws Tianyue Advanced, roedd cynnyrch gwialen grisial y cwmni yn 2018-2020 a H1 2021 yn 41%, 38.57%, 50.73% a 49.90% yn y drefn honno, a chynnyrch y swbstrad oedd 72.61%, 75.15.7%, a 75.15.7% yn y drefn honno Dim ond 37.7% yw'r cynnyrch cynhwysfawr ar hyn o bryd. Gan gymryd y dull PGC prif ffrwd fel enghraifft, mae'r cynnyrch isel yn bennaf oherwydd yr anawsterau canlynol wrth baratoi swbstrad SiC:
1. Anhawster rheoli maes tymheredd: Mae angen cynhyrchu gwiail grisial SiC ar dymheredd uchel o 2500 ℃, tra bod angen 1500 ℃ yn unig ar grisialau silicon, felly mae angen ffwrneisi grisial sengl arbennig, ac mae angen rheoli'r tymheredd twf yn fanwl wrth gynhyrchu , sy'n hynod o anodd ei reoli.
2. Cyflymder cynhyrchu araf: Cyfradd twf deunyddiau silicon traddodiadol yw 300 mm yr awr, ond dim ond 400 micron yr awr y gall crisialau sengl carbid silicon dyfu, sydd bron i 800 gwaith y gwahaniaeth.
3. Gofynion uchel ar gyfer paramedrau cynnyrch da, a chynnyrch blwch du yn anodd ei reoli mewn amser: Mae paramedrau craidd wafferi SiC yn cynnwys dwysedd microtube, dwysedd dislocation, resistivity, warpage, garwedd wyneb, ac ati Yn ystod y broses twf grisial, mae'n angenrheidiol i reoli paramedrau'n gywir fel cymhareb silicon-carbon, graddiant tymheredd twf, cyfradd twf grisial, a phwysau llif aer. Fel arall, mae cynhwysiant polymorffig yn debygol o ddigwydd, gan arwain at grisialau heb gymhwyso. Ym mlwch du y crucible graffit, mae'n amhosibl arsylwi ar y statws twf grisial mewn amser real, ac mae angen rheolaeth maes thermol manwl iawn, paru deunyddiau, a chronni profiad.
4. Anhawster ehangu grisial: O dan y dull cludo cyfnod nwy, mae technoleg ehangu twf grisial SiC yn hynod o anodd. Wrth i faint y grisial gynyddu, mae ei anhawster twf yn cynyddu'n esbonyddol.
5. Cynnyrch isel yn gyffredinol: Mae cynnyrch isel yn cynnwys dwy ddolen yn bennaf: (1) Cynnyrch gwialen grisial = allbwn gwialen grisial gradd lled-ddargludyddion / (allbwn gwialen grisial gradd lled-ddargludyddion + allbwn gwialen grisial gradd lled-ddargludyddion) × 100%; (2) Cynnyrch swbstrad = allbwn swbstrad cymwys / (allbwn swbstrad cymwys + allbwn swbstrad heb gymhwyso) × 100%.
Wrth baratoi o ansawdd uchel a chynnyrch uchelswbstradau carbid silicon, mae angen gwell deunyddiau maes thermol ar y craidd i reoli'r tymheredd cynhyrchu yn gywir. Mae'r pecynnau crwsadwy maes thermol a ddefnyddir ar hyn o bryd yn bennaf yn rhannau strwythurol graffit purdeb uchel, a ddefnyddir i gynhesu a thoddi powdr carbon a phowdr silicon a chadw'n gynnes. Mae gan ddeunyddiau graffit nodweddion cryfder penodol uchel a modwlws penodol, ymwrthedd sioc thermol da a gwrthiant cyrydiad, ond mae ganddynt yr anfanteision o gael eu ocsideiddio'n hawdd mewn amgylcheddau ocsigen tymheredd uchel, nad ydynt yn gwrthsefyll amonia, ac ymwrthedd crafu gwael. Yn y broses o silicon carbide twf grisial sengl aafrlladen epitaxial carbid siliconcynhyrchu, mae'n anodd bodloni gofynion cynyddol llym pobl ar gyfer defnyddio deunyddiau graffit, sy'n cyfyngu'n ddifrifol ar ei ddatblygiad a'i gymhwysiad ymarferol. Felly, mae haenau tymheredd uchel fel carbid tantalwm wedi dechrau dod i'r amlwg.
2. NodweddionGorchudd Carbid Tantalwm
Mae gan serameg TaC bwynt toddi o hyd at 3880 ℃, caledwch uchel (caledwch Mohs 9-10), dargludedd thermol mawr (22W · m-1 · K−1), cryfder plygu mawr (340-400MPa), ac ehangiad thermol bach cyfernod (6.6 × 10 - 6K - 1), ac yn arddangos sefydlogrwydd thermocemegol rhagorol a phriodweddau ffisegol rhagorol. Mae ganddo gydnaws cemegol da a chydnawsedd mecanyddol â deunyddiau cyfansawdd graffit a C / C. Felly, defnyddir cotio TaC yn eang mewn amddiffyniad thermol awyrofod, twf crisial sengl, electroneg ynni, ac offer meddygol.
TaC-gorchuddioMae gan graffit well ymwrthedd cyrydiad cemegol na graffit noeth neu graffit wedi'i orchuddio â SiC, gellir ei ddefnyddio'n sefydlog ar dymheredd uchel o 2600 °, ac nid yw'n adweithio â llawer o elfennau metel. Dyma'r cotio gorau yn y senarios twf crisial sengl lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth ac ysgythru wafferi. Gall wella'n sylweddol reolaeth tymheredd ac amhureddau yn y broses a pharatoiwafferi carbid silicon o ansawdd uchelac yn gysylltiedigwafferi epitaxial. Mae'n arbennig o addas ar gyfer tyfu crisialau sengl GaN neu AlN gydag offer MOCVD a thyfu crisialau sengl SiC gydag offer PVT, ac mae ansawdd y crisialau sengl wedi'u tyfu wedi gwella'n sylweddol.
III. Manteision Dyfeisiau Tantalum Carbide Haenedig
Gall defnyddio cotio Tantalum Carbide TaC ddatrys y broblem o ddiffygion ymyl grisial a gwella ansawdd twf grisial. Mae'n un o gyfarwyddiadau technegol craidd “tyfu'n gyflym, tyfu'n drwchus, a thyfu'n hir”. Mae ymchwil diwydiant hefyd wedi dangos y gall Crucible Graffit Gorchuddio Carbide Tantalum gyflawni gwresogi mwy unffurf, a thrwy hynny ddarparu rheolaeth broses ragorol ar gyfer twf crisial sengl SiC, gan leihau'n sylweddol y tebygolrwydd o ffurfio polycrystalline ar ymyl crisialau SiC. Yn ogystal, mae gan Gorchudd Graffit Carbid Tantalum ddwy fantais fawr:
(I) Lleihau Diffygion SiC
O ran rheoli diffygion crisial sengl SiC, fel arfer mae tair ffordd bwysig. Yn ogystal â gwneud y gorau o baramedrau twf a deunyddiau ffynhonnell o ansawdd uchel (fel powdr ffynhonnell SiC), gall defnyddio Crucible Graffit Gorchuddio Carbide Tantalum hefyd gyflawni ansawdd grisial da.
Diagram sgematig o grwsibl graffit confensiynol (a) a chrwsibl â haen TAC (b)
Yn ôl ymchwil gan Brifysgol Dwyrain Ewrop yng Nghorea, y prif amhuredd mewn twf grisial SiC yw nitrogen, a gall crucibles graffit wedi'u gorchuddio â charbid tantalwm gyfyngu'n effeithiol ar ymgorfforiad nitrogen crisialau SiC, a thrwy hynny leihau'r genhedlaeth o ddiffygion megis microbibellau a gwella grisialau. ansawdd. Mae astudiaethau wedi dangos, o dan yr un amodau, bod y crynodiadau cludo o wafferi SiC a dyfir mewn crucibles graffit confensiynol a chrwsiblau wedi'u gorchuddio â TAC oddeutu 4.5 × 1017 / cm a 7.6 × 1015 / cm, yn y drefn honno.
Cymhariaeth o ddiffygion mewn crisialau sengl SiC a dyfwyd mewn crucibles graffit confensiynol (a) a chrwsiblau wedi'u gorchuddio â TAC (b)
(II) Gwella bywyd crucibles graffit
Ar hyn o bryd, mae cost crisialau SiC wedi parhau'n uchel, ac mae cost nwyddau traul graffit yn cyfrif am tua 30%. Yr allwedd i leihau cost nwyddau traul graffit yw cynyddu ei fywyd gwasanaeth. Yn ôl data gan dîm ymchwil Prydeinig, gall haenau carbid tantalwm ymestyn oes gwasanaeth cydrannau graffit 30-50%. Yn ôl y cyfrifiad hwn, dim ond amnewid y graffit wedi'i orchuddio â charbid tantalwm all leihau cost crisialau SiC 9% -15%.
4. Tantalum carbide araen broses baratoi
Gellir rhannu dulliau paratoi cotio TaC yn dri chategori: dull cyfnod solet, dull cyfnod hylif a dull cam nwy. Mae'r dull cyfnod solet yn bennaf yn cynnwys dull lleihau a dull cemegol; mae'r dull cyfnod hylif yn cynnwys dull halen tawdd, dull sol-gel (Sol-Gel), dull sintro slyri, dull chwistrellu plasma; mae'r dull cam nwy yn cynnwys dyddodiad anwedd cemegol (CVD), ymdreiddiad anwedd cemegol (CVI) a dyddodiad anwedd ffisegol (PVD). Mae gan wahanol ddulliau eu manteision a'u hanfanteision eu hunain. Yn eu plith, mae CVD yn ddull cymharol aeddfed a ddefnyddir yn eang ar gyfer paratoi haenau TaC. Gyda gwelliant parhaus y broses, mae prosesau newydd megis dyddodiad anwedd cemegol gwifren poeth a dyddodiad anwedd cemegol â chymorth pelydr ïon wedi'u datblygu.
Mae deunyddiau carbon wedi'u haddasu â gorchudd TaC yn bennaf yn cynnwys graffit, ffibr carbon, a deunyddiau cyfansawdd carbon / carbon. Mae'r dulliau ar gyfer paratoi haenau TaC ar graffit yn cynnwys chwistrellu plasma, CVD, sintro slyri, ac ati.
Manteision dull CVD: Mae'r dull CVD ar gyfer paratoi haenau TaC yn seiliedig ar halid tantalwm (TaX5) fel ffynhonnell tantalwm a hydrocarbon (CnHm) fel ffynhonnell carbon. O dan rai amodau, maent yn cael eu dadelfennu i mewn i Ta a C yn y drefn honno, ac yna'n adweithio â'i gilydd i gael haenau TaC. Gellir cynnal y dull CVD ar dymheredd is, a all osgoi diffygion a llai o briodweddau mecanyddol a achosir gan baratoi neu drin haenau tymheredd uchel i raddau. Gellir rheoli cyfansoddiad a strwythur y cotio, ac mae ganddo fanteision purdeb uchel, dwysedd uchel, a thrwch unffurf. Yn bwysicach fyth, gellir dylunio a rheoli cyfansoddiad a strwythur haenau TaC a baratowyd gan CVD. Mae'n ddull cymharol aeddfed a ddefnyddir yn eang ar gyfer paratoi haenau TaC o ansawdd uchel.
Mae ffactorau dylanwadol craidd y broses yn cynnwys:
A. Cyfradd llif nwy (ffynhonnell tantalwm, nwy hydrocarbon fel ffynhonnell carbon, nwy cludwr, nwy gwanhau Ar2, lleihau nwy H2): Mae'r newid yn y gyfradd llif nwy yn cael dylanwad mawr ar y maes tymheredd, maes pwysau, a maes llif nwy yn y siambr adwaith, gan arwain at newidiadau yng nghyfansoddiad, strwythur a pherfformiad y cotio. Bydd cynyddu'r gyfradd llif Ar yn arafu'r gyfradd twf cotio ac yn lleihau maint y grawn, tra bod cymhareb màs molar TaCl5, H2, a C3H6 yn effeithio ar y cyfansoddiad cotio. Y gymhareb molar o H2 i TaCl5 yw (15-20):1, sy'n fwy addas. Mae'r gymhareb molar o TaCl5 i C3H6 yn ddamcaniaethol yn agos at 3:1. Bydd gormodol TaCl5 neu C3H6 yn achosi ffurfio Ta2C neu garbon rhydd, gan effeithio ar ansawdd y wafer.
B. Tymheredd dyddodiad: Po uchaf yw'r tymheredd dyddodiad, y cyflymaf yw'r gyfradd dyddodiad, y mwyaf yw maint y grawn, a'r mwyaf garw yw'r cotio. Yn ogystal, mae tymheredd a chyflymder dadelfennu hydrocarbon i mewn i ddadelfennu C a TaCl5 yn Ta yn wahanol, ac mae Ta a C yn fwy tebygol o ffurfio Ta2C. Mae gan dymheredd ddylanwad mawr ar ddeunyddiau carbon wedi'u haddasu â chaenen TaC. Wrth i'r tymheredd dyddodiad gynyddu, mae'r gyfradd dyddodiad yn cynyddu, mae maint y gronynnau yn cynyddu, ac mae siâp y gronynnau yn newid o sfferig i polyhedral. Yn ogystal, po uchaf yw'r tymheredd dyddodiad, y cyflymaf yw dadelfennu TaCl5, y lleiaf fydd C rhydd, y mwyaf yw'r straen yn y cotio, a bydd craciau'n cael eu cynhyrchu'n hawdd. Fodd bynnag, bydd tymheredd dyddodiad isel yn arwain at effeithlonrwydd dyddodiad cotio is, amser dyddodiad hirach, a chostau deunydd crai uwch.
C. Pwysedd dyddodiad: Mae cysylltiad agos rhwng pwysau dyddodiad ac egni rhydd yr arwyneb deunydd a bydd yn effeithio ar yr amser preswylio nwy yn y siambr adwaith, a thrwy hynny effeithio ar gyflymder cnewyllol a maint gronynnau'r cotio. Wrth i'r pwysedd dyddodiad gynyddu, mae'r amser preswylio nwy yn dod yn hirach, mae gan yr adweithyddion fwy o amser i gael adweithiau cnewyllol, mae'r gyfradd adwaith yn cynyddu, mae'r gronynnau'n dod yn fwy, ac mae'r cotio yn dod yn fwy trwchus; i'r gwrthwyneb, wrth i'r pwysedd dyddodiad ostwng, mae'r amser preswylio nwy adwaith yn fyr, mae'r gyfradd adwaith yn arafu, mae'r gronynnau'n dod yn llai, ac mae'r cotio yn deneuach, ond nid yw'r pwysau dyddodiad yn cael fawr o effaith ar strwythur grisial a chyfansoddiad y cotio.
V. Tuedd datblygu cotio carbid tantalwm
Mae cyfernod ehangu thermol TaC (6.6 × 10 - 6K - 1) ychydig yn wahanol i un deunyddiau carbon fel graffit, ffibr carbon, a deunyddiau cyfansawdd C / C, sy'n gwneud haenau TaC un cam yn dueddol o gracio a disgyn i ffwrdd. Er mwyn gwella ymhellach ymwrthedd abladiad ac ocsidiad, sefydlogrwydd mecanyddol tymheredd uchel, ac ymwrthedd cyrydiad cemegol tymheredd uchel haenau TaC, mae ymchwilwyr wedi cynnal ymchwil ar systemau cotio megis systemau cotio cyfansawdd, systemau cotio solet wedi'u gwella â datrysiad, a graddiant. systemau cotio.
Y system cotio cyfansawdd yw cau craciau un cotio. Fel arfer, cyflwynir haenau eraill i haen wyneb neu fewnol TaC i ffurfio system cotio cyfansawdd; mae gan y system cotio cryfhau datrysiad solet HfC, ZrC, ac ati yr un strwythur ciwbig wyneb-ganolog â TaC, a gall y ddau carbid fod yn anfeidrol hydawdd yn ei gilydd i ffurfio strwythur datrysiad solet. Mae'r cotio Hf(Ta)C yn rhydd o hollt ac mae ganddo adlyniad da i'r deunydd cyfansawdd C/C. Mae gan y cotio berfformiad gwrth-ablation rhagorol; mae'r system cotio graddiant cotio graddiant yn cyfeirio at grynodiad y gydran cotio ar hyd ei gyfeiriad trwch. Gall y strwythur leihau straen mewnol, gwella diffyg cyfatebiaeth cyfernodau ehangu thermol, ac osgoi craciau.
(II) Cynhyrchion dyfais cotio carbid tantalwm
Yn ôl ystadegau a rhagolygon QYR (Hengzhou Bozhi), cyrhaeddodd gwerthiannau marchnad cotio carbid tantalwm byd-eang yn 2021 UD $1.5986 miliwn (ac eithrio cynhyrchion dyfais cotio tantalwm carbid tantalwm hunan-gynhyrchu a hunan-gyflenwi Cree), ac mae'n dal i fod yn y cyfnod cynnar. camau datblygu'r diwydiant.
1. Modrwyau ehangu grisial a chrwsiblau sy'n ofynnol ar gyfer twf grisial: Yn seiliedig ar 200 o ffwrneisi twf grisial fesul menter, mae cyfran y farchnad o ddyfeisiadau gorchuddio TaC sy'n ofynnol gan 30 o gwmnïau twf grisial tua 4.7 biliwn yuan.
2. Hambyrddau TaC: Gall pob hambwrdd gludo 3 wafferi, gellir defnyddio pob hambwrdd am 1 mis, a defnyddir 1 hambwrdd ar gyfer pob 100 wafferi. Mae angen 30,000 o hambyrddau TaC ar 3 miliwn o wafferi, mae pob hambwrdd tua 20,000 o ddarnau, ac mae angen tua 600 miliwn bob blwyddyn.
3. Senarios lleihau carbon eraill. Megis leinin ffwrnais tymheredd uchel, ffroenell CVD, pibellau ffwrnais, ac ati, tua 100 miliwn.
Amser postio: Gorff-02-2024