TaC 코팅 흑연 부품의 응용 및 개발 과제

탄화규소(SiC) 웨이퍼 성장과 관련하여 열 분야에 사용되는 기존 흑연 재료와 탄소-탄소 복합재는 2300°C(Si, SiC2, Si2C)의 복잡한 대기를 견디는 데 상당한 어려움에 직면해 있습니다. 이러한 재료는 수명이 짧을 뿐만 아니라 1~10번의 용광로 주기 후에 다른 부품을 교체해야 할 뿐만 아니라 고온에서 승화 및 휘발을 경험합니다. 이는 탄소 함유물 및 기타 결정 결함의 형성으로 이어질 수 있습니다. 산업 생산 비용을 고려하면서 반도체 결정의 고품질과 안정적인 성장을 보장하려면 흑연 부품에 초고온 및 내식성 세라믹 코팅을 준비하는 것이 필수적입니다. 이러한 코팅은 흑연 부품의 수명을 연장하고 불순물 이동을 억제하며 결정 순도를 향상시킵니다. SiC 에피택셜 성장 중에 SiC 코팅 흑연 베이스는 일반적으로 단결정 기판을 지지하고 가열하는 데 사용됩니다. 그러나 이러한 베이스의 수명은 여전히 ​​개선이 필요하며 인터페이스에서 SiC 침전물을 제거하려면 주기적인 청소가 필요합니다. 이에 비해 탄탈륨은초경(TaC) 코팅부식성 대기와 고온에 대한 탁월한 내성을 제공하므로 최적의 SiC 결정 성장을 달성하는 데 중요한 기술입니다.

융점은 3880°C로,TaC높은 기계적 강도, 경도 및 열충격 저항성을 나타냅니다. 암모니아, 수소 및 규소 함유 증기가 포함된 고온 조건에서 탁월한 화학적 불활성 및 열 안정성을 유지합니다. 흑연(탄소-탄소 복합) 소재로 코팅된 소재TaC기존의 고순도 흑연, pBN 코팅 및 SiC 코팅 부품을 대체할 수 있는 가능성이 매우 높습니다. 또한, 항공우주 분야에서는TaC고온 내산화성 및 내마모성 코팅으로 사용할 수 있는 상당한 잠재력을 갖고 있어 광범위한 응용 가능성을 제공합니다. 그러나 조밀하고 균일하며 벗겨짐이 없는 것을 달성합니다.TaC 코팅흑연 표면에 대한 산업적 규모의 생산 촉진은 몇 가지 과제를 안겨줍니다. 코팅의 보호 메커니즘을 이해하고, 생산 공정을 혁신하고, 최고의 국제 표준과 경쟁하는 것은 3세대 반도체의 성장과 에피택셜 개발에 매우 ​​중요합니다.

결론적으로, TaC 코팅 흑연 부품의 개발 및 적용은 SiC 웨이퍼 성장 기술 발전에 매우 중요합니다. 당면 과제 해결TaC 코팅고품질의 반도체 결정 성장을 보장하고 사용을 확대하려면 준비와 산업화가 핵심이 될 것입니다.TaC 코팅다양한 고온 응용 분야에서.

1. TaC 코팅 흑연 부품의 적용

(1) 도가니, 종자정 홀더 및 유동관SiC 및 AlN 단결정의 PVT 성장

SiC 제조를 위한 PVT(물리적 증기 수송) 방법 중에 종자 결정은 상대적으로 낮은 온도 영역에 배치되고 SiC 원료는 고온 영역(2400°C 이상)에 위치합니다. 원료는 분해되어 기체종(SiXCy)을 생성하며, 이는 고온 영역에서 종자 결정이 위치한 저온 영역으로 이동됩니다. 단결정을 형성하기 위한 핵 생성 및 성장을 포함하는 이 공정에는 고온에 견디고 SiC 원료 및 결정을 오염시키지 않는 도가니, 플로우 링 및 종자 결정 홀더와 같은 열장 재료가 필요합니다. AlN 단결정 성장에도 유사한 요구 사항이 존재합니다. 가열 요소는 Al 증기 및 N2 부식에 저항해야 하며 결정 준비 주기를 단축하기 위해 높은 공융 온도를 가져야 합니다.

연구에 따르면 다음을 사용하면TaC 코팅 흑연 소재SiC 및 AlN 준비를 위한 열장에서는 탄소, 산소 및 질소 불순물이 적은 보다 깨끗한 결정이 생성됩니다. 가장자리 결함이 최소화되고 서로 다른 영역에 걸친 저항률이 크게 감소하고 미세기공 및 식각 피트 밀도가 높아져 결정 품질이 크게 향상됩니다. 더욱이,TaC도가니는 무게 손실이 적고 손상이 없어 재사용이 가능하며(최대 200시간 수명) 단결정 준비의 지속 가능성과 효율성을 향상시킵니다.

(2) MOCVD GaN 에피택시층 성장의 히터

MOCVD GaN 성장에는 화학 기상 증착 기술을 사용하여 박막을 에피택셜하게 성장시키는 것이 포함됩니다. 챔버 온도의 정밀도와 균일성은 히터를 중요한 구성 요소로 만듭니다. 기판을 장기간에 걸쳐 일관되고 균일하게 가열해야 하며 부식성 가스가 있는 고온에서도 안정성을 유지해야 합니다.

MOCVD GaN 시스템 히터의 성능과 재활용성을 향상시키기 위해,TaC 코팅 흑연히터가 성공적으로 도입되었습니다. pBN 코팅을 적용한 기존 히터와 비교하여 TaC 히터는 결정 구조, 두께 균일성, 고유 결함, 불순물 도핑 및 오염 수준에서 비슷한 성능을 보여줍니다. 낮은 저항률과 표면 방사율TaC 코팅히터의 효율성과 균일성을 향상시켜 에너지 소비와 열 방출을 줄입니다. 코팅의 다공성을 조절할 수 있어 히터의 복사 특성이 더욱 향상되고 수명이 연장됩니다.TaC 코팅 흑연히터는 MOCVD GaN 성장 시스템을 위한 탁월한 선택입니다.

그림 2. (a) GaN 에피택셜 성장을 위한 MOCVD 장치의 개략도

(b) 베이스와 지지대를 제외하고 MOCVD 설정에 설치된 형성된 TaC 코팅 흑연 히터(삽입에는 가열 중 베이스와 지지대가 표시됨)

(씨)17주기의 GaN 에피택셜 성장 후 TaC 코팅 흑연 히터

(삼)에피택셜 코팅 트레이(웨이퍼 캐리어)

웨이퍼 캐리어는 SiC, AlN, GaN과 같은 3세대 반도체 웨이퍼의 준비 및 에피택셜 성장에 있어 중요한 구조적 구성 요소입니다. 대부분의 웨이퍼 캐리어는 흑연으로 만들어지고 SiC로 코팅되어 공정 가스로 인한 부식을 방지하며 1100~1600°C의 온도 범위에서 작동합니다. 보호 코팅의 부식 방지 능력은 캐리어의 수명에 매우 중요합니다.

연구에 따르면 TaC의 부식 속도는 고온 암모니아 및 수소 환경에서 SiC보다 훨씬 느린 것으로 나타났습니다.TaC 코팅청색 GaN MOCVD 공정과 더욱 호환되고 불순물 유입을 방지하는 트레이입니다. LED 성능 향상TaC 캐리어기존 SiC 캐리어와 비교할 수 있습니다.TaC 코팅우수한 수명을 보여주는 트레이.

그림 3. GaN 에피택셜 성장을 위해 MOCVD 장비(Veeco P75)에 사용되는 웨이퍼 트레이. 왼쪽 트레이는 TaC 코팅, 오른쪽 트레이는 SiC 코팅

2. TaC 코팅 흑연 부품의 과제

부착:사이의 열팽창 계수 차이TaC탄소 소재는 코팅 접착 강도가 낮아 균열, 다공성 및 열 응력이 발생하기 쉬우며 부식성 대기 및 반복적인 온도 사이클링에서 코팅이 깨질 수 있습니다.

청정: TaC 코팅고온에서 불순물이 유입되지 않도록 초고순도를 유지해야 합니다. 코팅 내 유리 탄소 및 고유 불순물을 평가하기 위한 표준을 확립해야 합니다.

안정:2300°C 이상의 고온과 화학적 대기에 대한 내성이 중요합니다. 핀홀, 균열, 단결정 입계 등의 결함은 부식성 가스 침투에 취약하여 코팅 실패로 이어집니다.

산화 저항:TaC500°C 이상의 온도에서 산화되기 시작하여 Ta2O5를 형성합니다. 온도와 산소 농도에 따라 산화 속도가 증가하며, 결정립 경계와 작은 결정립에서 시작하여 상당한 코팅 품질 저하와 최종 파쇄로 이어집니다.

균일성 및 거칠기: 일관되지 않은 코팅 분포는 국부적인 열 응력을 유발하여 균열 및 파쇄 위험을 증가시킬 수 있습니다. 표면 거칠기는 외부 환경과의 상호 작용에 영향을 미치며 거칠기가 높을수록 마찰이 증가하고 열장이 고르지 않게 됩니다.

입자 크기:균일한 입자 크기는 코팅 안정성을 향상시키는 반면, 작은 입자는 산화 및 부식되기 쉬워 다공성이 증가하고 보호 기능이 저하됩니다. 입자가 클수록 열 응력으로 인한 파쇄가 발생할 수 있습니다.

삼. 결론 및 전망

TaC 코팅 흑연 부품은 상당한 시장 수요와 폭넓은 적용 가능성을 가지고 있습니다. 주류 생산은TaC 코팅현재 CVD TaC 부품에 의존하고 있지만 CVD 장비의 높은 비용과 제한된 증착 효율성으로 인해 아직 기존 SiC 코팅 흑연 재료를 대체하지 못했습니다. 소결 방법은 원자재 비용을 효과적으로 절감하고 복잡한 흑연 형태를 수용하여 다양한 응용 요구 사항을 충족할 수 있습니다. AFTech, CGT Carbon GmbH, Toyo Tanso와 같은 회사는 성숙해졌습니다.TaC 코팅가공하여 시장을 장악합니다.

중국에서는 개발이TaC 코팅 흑연 부품아직은 실험적이고 초기 산업화 단계에 있습니다. 산업 발전을 위해 현재 준비 방법을 최적화하고 새로운 고품질 TaC 코팅 공정을 탐색하며 이해합니다.TaC 코팅보호 메커니즘과 오류 모드가 필수적입니다. 확장TaC 코팅 응용연구기관과 기업의 지속적인 혁신이 필요합니다. 국내 3세대 반도체 시장이 성장함에 따라 고성능 코팅에 대한 수요도 증가해 국산 대안이 미래 산업 트렌드로 떠오를 전망이다.**