ஒற்றை கிரிஸ்டல் உலைகளில் TaC-கோடட் கிராஃபைட் பாகங்களைப் பயன்படுத்துதல்

விண்ணப்பம்TaC-பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள்ஒற்றை கிரிஸ்டல் உலைகளில்

பகுதி 1

இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து (PVT) முறையைப் பயன்படுத்தி SiC மற்றும் AlN ஒற்றை படிகங்களின் வளர்ச்சியில், சிலுவை, விதை வைத்திருப்பவர் மற்றும் வழிகாட்டி வளையம் போன்ற முக்கியமான கூறுகள் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. படம் 2 [1] இல் சித்தரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, PVT செயல்முறையின் போது, ​​விதை படிகமானது குறைந்த வெப்பநிலை பகுதியில் நிலைநிறுத்தப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் SiC மூலப்பொருள் அதிக வெப்பநிலைக்கு (2400 ℃ க்கு மேல்) வெளிப்படும். இது மூலப்பொருளின் சிதைவுக்கு வழிவகுக்கிறது, SiXCy சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது (முதன்மையாக Si, SiC₂, Si₂C போன்றவை உட்பட). நீராவி கட்டப் பொருள் உயர்-வெப்பநிலைப் பகுதியிலிருந்து குறைந்த-வெப்பநிலைப் பகுதியில் உள்ள விதைப் படிகத்திற்குக் கொண்டு செல்லப்படுகிறது, இதன் விளைவாக விதைக் கருக்கள் உருவாகின்றன, படிக வளர்ச்சி மற்றும் ஒற்றைப் படிகங்கள் உருவாகின்றன. எனவே, இந்தச் செயல்பாட்டில் பயன்படுத்தப்படும் வெப்பப் புலப் பொருட்கள், க்ரூசிபிள், ஃப்ளோ கைடு ரிங் மற்றும் விதை படிக வைத்திருப்பவர், SiC மூலப்பொருட்கள் மற்றும் ஒற்றை படிகங்களை மாசுபடுத்தாமல் அதிக வெப்பநிலை எதிர்ப்பை வெளிப்படுத்த வேண்டும். இதேபோல், AlN படிக வளர்ச்சியில் பயன்படுத்தப்படும் வெப்பமூட்டும் கூறுகள் அல் நீராவி மற்றும் N₂ அரிப்பைத் தாங்க வேண்டும், அதே நேரத்தில் படிக தயாரிப்பு நேரத்தைக் குறைக்க அதிக யூடெக்டிக் வெப்பநிலை (AlN உடன்) உள்ளது.

SiC [2-5] மற்றும் AlN [2-3] தயாரிப்பதற்கு TaC- பூசப்பட்ட கிராஃபைட் வெப்பப் புலப் பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதால், குறைந்த கார்பன் (ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன்) மற்றும் பிற அசுத்தங்கள் கொண்ட தூய்மையான பொருட்கள் கிடைக்கும். இந்த பொருட்கள் ஒவ்வொரு பிராந்தியத்திலும் குறைவான விளிம்பு குறைபாடுகளையும் குறைந்த எதிர்ப்பையும் வெளிப்படுத்துகின்றன. கூடுதலாக, நுண்துளைகள் மற்றும் பொறிப்பு குழிகளின் அடர்த்தி (KOH செதுக்கலுக்குப் பிறகு) கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகிறது, இது படிகத் தரத்தில் கணிசமான முன்னேற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. மேலும், TaC க்ரூசிபிள் கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜிய எடை இழப்பை நிரூபிக்கிறது, அழிவில்லாத தோற்றத்தை பராமரிக்கிறது மற்றும் மறுசுழற்சி செய்யப்படலாம் (200 மணிநேரம் வரை ஆயுட்காலம்), இதனால் ஒற்றை படிக தயாரிப்பு செயல்முறைகளின் நிலைத்தன்மை மற்றும் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

படம் 2. (அ) PVT முறையில் SiC ஒற்றை படிக இங்காட் வளரும் சாதனத்தின் திட்ட வரைபடம்

(ஆ) மேல் TaC பூசப்பட்ட விதை அடைப்புக்குறி (SiC விதை உட்பட)

(இ) TAC-பூசப்பட்ட கிராஃபைட் வழிகாட்டி வளையம்

MOCVD GaN எபிடாக்சியல் லேயர் க்ரோத் ஹீட்டர்

பகுதி 2

MOCVD துறையில் (உலோக-கரிம இரசாயன நீராவி படிவு) GaN வளர்ச்சி, ஆர்கனோமெட்டாலிக் சிதைவு எதிர்வினைகள் மூலம் மெல்லிய படலங்களின் நீராவி எபிடாக்சியல் வளர்ச்சிக்கான ஒரு முக்கியமான நுட்பம், ஹீட்டர் துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு மற்றும் எதிர்வினை அறைக்குள் சீரான தன்மையை அடைவதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. படம் 3 (a) இல் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, ஹீட்டர் MOCVD உபகரணங்களின் முக்கிய அங்கமாகக் கருதப்படுகிறது. நீண்ட காலத்திற்கு (மீண்டும் மீண்டும் குளிரூட்டும் சுழற்சிகள் உட்பட) அடி மூலக்கூறை விரைவாகவும் சீராகவும் வெப்பமாக்கும் திறன், அதிக வெப்பநிலையைத் தாங்கும் (வாயு அரிப்பை எதிர்க்கும்), மற்றும் படத் தூய்மையைப் பராமரிப்பது, படப் படிவு தரம், தடிமன் நிலைத்தன்மை மற்றும் சிப் செயல்திறன் ஆகியவற்றை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது.

MOCVD GaN வளர்ச்சி அமைப்புகளில் ஹீட்டர்களின் செயல்திறன் மற்றும் மறுசுழற்சி செயல்திறனை மேம்படுத்த, TaC- பூசப்பட்ட கிராஃபைட் ஹீட்டர்களின் அறிமுகம் வெற்றிகரமாக உள்ளது. pBN (பைரோலிடிக் போரான் நைட்ரைடு) பூச்சுகளைப் பயன்படுத்தும் வழக்கமான ஹீட்டர்களுக்கு மாறாக, TaC ஹீட்டர்களைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் GaN எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் ஏறக்குறைய ஒரே மாதிரியான படிக கட்டமைப்புகள், தடிமன் சீரான தன்மை, உள்ளார்ந்த குறைபாடு உருவாக்கம், தூய்மையற்ற ஊக்கமருந்து மற்றும் மாசு நிலைகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. மேலும், TaC பூச்சு குறைந்த மின்தடை மற்றும் குறைந்த மேற்பரப்பு உமிழ்வைக் காட்டுகிறது, இதன் விளைவாக மேம்படுத்தப்பட்ட ஹீட்டர் செயல்திறன் மற்றும் சீரான தன்மை, இதன் மூலம் மின் நுகர்வு மற்றும் வெப்ப இழப்பைக் குறைக்கிறது. செயல்முறை அளவுருக்களைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், ஹீட்டரின் கதிர்வீச்சு பண்புகளை மேலும் மேம்படுத்துவதற்கும் அதன் ஆயுட்காலத்தை நீட்டிப்பதற்கும் பூச்சுகளின் போரோசிட்டியை சரிசெய்யலாம் [5]. இந்த நன்மைகள் TaC-கோடட் கிராஃபைட் ஹீட்டர்களை MOCVD GaN வளர்ச்சி அமைப்புகளுக்கு சிறந்த தேர்வாக நிறுவுகிறது.

படம் 3. (அ) GaN எபிடாக்சியல் வளர்ச்சிக்கான MOCVD சாதனத்தின் திட்ட வரைபடம்

(b) MOCVD அமைப்பில் நிறுவப்பட்ட MOCVD-அடிப்படை மற்றும் அடைப்புக்குறியைத் தவிர்த்து, MOLDED TAC- பூசப்பட்ட கிராஃபைட் ஹீட்டர் (சூடாக்கத்தில் அடிப்படை மற்றும் அடைப்புக்குறியைக் காட்டும் விளக்கம்)

(இ) 17 GaN எபிடாக்சியல் வளர்ச்சிக்குப் பிறகு TAC-கோடட் கிராஃபைட் ஹீட்டர். 

எபிடாக்ஸிக்கான கோடட் சஸ்செப்டர் (வேஃபர் கேரியர்)

பகுதி/3

SiC, AlN மற்றும் GaN போன்ற மூன்றாம் வகுப்பு செமிகண்டக்டர் செதில்களைத் தயாரிப்பதில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முக்கியமான கட்டமைப்பு கூறுகளான செதில் கேரியர், எபிடாக்சியல் செதில் வளர்ச்சி செயல்முறைகளில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. பொதுவாக கிராஃபைட்டால் ஆனது, செதில் கேரியர் 1100 முதல் 1600 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான எபிடாக்சியல் வெப்பநிலை வரம்பிற்குள் செயல்முறை வாயுக்களிலிருந்து அரிப்பைத் தடுக்க SiC உடன் பூசப்பட்டுள்ளது. பாதுகாப்பு பூச்சுகளின் அரிப்பு எதிர்ப்பு செதில் கேரியரின் ஆயுட்காலத்தை கணிசமாக பாதிக்கிறது. உயர் வெப்பநிலை அம்மோனியாவுக்கு வெளிப்படும் போது TaC ஆனது SiC ஐ விட 6 மடங்கு மெதுவாக அரிப்பு விகிதத்தை வெளிப்படுத்துகிறது என்று சோதனை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. உயர் வெப்பநிலை ஹைட்ரஜன் சூழல்களில், TaC இன் அரிப்பு விகிதம் SiC ஐ விட 10 மடங்கு குறைவாக உள்ளது.

TaC பூசப்பட்ட தட்டுகள் நீல ஒளி GaN MOCVD செயல்பாட்டில் அசுத்தங்களை அறிமுகப்படுத்தாமல் சிறந்த இணக்கத்தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன என்பதை பரிசோதனை சான்றுகள் நிரூபித்துள்ளன. வரையறுக்கப்பட்ட செயல்முறை சரிசெய்தல்களுடன், TaC கேரியர்களைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் LEDகள், வழக்கமான SiC கேரியர்களைப் பயன்படுத்தி வளர்ந்தவற்றுடன் ஒப்பிடக்கூடிய செயல்திறன் மற்றும் சீரான தன்மையைக் காட்டுகின்றன. இதன் விளைவாக, TaC- பூசப்பட்ட செதில் கேரியர்களின் சேவை வாழ்க்கை, பூசப்படாத மற்றும் SiC- பூசப்பட்ட கிராஃபைட் கேரியர்களை விட அதிகமாக உள்ளது.

படம். GaN எபிடாக்சியல் வளர்ந்த MOCVD சாதனத்தில் (Veeco P75) பயன்படுத்திய பிறகு வேஃபர் தட்டு. இடதுபுறம் TaC பூசப்பட்டுள்ளது மற்றும் வலதுபுறம் SiC பூசப்பட்டுள்ளது.

பொதுவான தயாரிப்பு முறைTaC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள்

பகுதி 1

CVD (ரசாயன நீராவி படிவு) முறை:

900-2300℃ இல், TaCl5 மற்றும் CnHm ஐ டான்டலம் மற்றும் கார்பன் மூலங்களாகப் பயன்படுத்துகிறது, H₂ வளிமண்டலத்தைக் குறைக்கிறது, Ar₂as கேரியர் வாயு, எதிர்வினை படிவு படம். தயாரிக்கப்பட்ட பூச்சு கச்சிதமான, சீரான மற்றும் அதிக தூய்மை கொண்டது. இருப்பினும், சிக்கலான செயல்முறை, விலையுயர்ந்த செலவு, கடினமான காற்றோட்டக் கட்டுப்பாடு மற்றும் குறைந்த படிவு திறன் போன்ற சில சிக்கல்கள் உள்ளன.

பகுதி 2

ஸ்லரி சின்டரிங் முறை:

கார்பன் மூலம், டான்டலம் மூல, டிஸ்பர்சென்ட் மற்றும் பைண்டர் ஆகியவற்றைக் கொண்ட குழம்பு கிராஃபைட்டில் பூசப்பட்டு உலர்த்திய பின் அதிக வெப்பநிலையில் சின்டர் செய்யப்படுகிறது. தயாரிக்கப்பட்ட பூச்சு வழக்கமான நோக்குநிலை இல்லாமல் வளர்கிறது, குறைந்த செலவைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு ஏற்றது. பெரிய கிராஃபைட்டில் சீரான மற்றும் முழு பூச்சு அடைய, ஆதரவு குறைபாடுகளை அகற்ற மற்றும் பூச்சு பிணைப்பு சக்தியை அதிகரிக்க இது ஆராயப்பட உள்ளது.

பகுதி/3

பிளாஸ்மா தெளிக்கும் முறை:

TaC தூள் உயர் வெப்பநிலையில் பிளாஸ்மா ஆர்க் மூலம் உருகப்பட்டு, அதிவேக ஜெட் மூலம் உயர் வெப்பநிலை நீர்த்துளிகளாக அணுக்கப்படுகிறது, மேலும் கிராஃபைட் பொருளின் மேற்பரப்பில் தெளிக்கப்படுகிறது. வெற்றிடமற்ற நிலையில் ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குவது எளிது, மேலும் ஆற்றல் நுகர்வு பெரியது.

TaC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள் தீர்க்கப்பட வேண்டும்

பகுதி 1

பிணைப்பு சக்தி:

TaC மற்றும் கார்பன் பொருட்களுக்கு இடையே உள்ள வெப்ப விரிவாக்க குணகம் மற்றும் பிற இயற்பியல் பண்புகள் வேறுபட்டவை, பூச்சு பிணைப்பு வலிமை குறைவாக உள்ளது, விரிசல், துளைகள் மற்றும் வெப்ப அழுத்தத்தைத் தவிர்ப்பது கடினம், மேலும் அழுகல் மற்றும் உண்மையான வளிமண்டலத்தில் பூச்சு உரிக்க எளிதானது. மீண்டும் மீண்டும் உயரும் மற்றும் குளிர்விக்கும் செயல்முறை.

பகுதி 2

தூய்மை:

உயர் வெப்பநிலை நிலைகளின் கீழ் அசுத்தங்கள் மற்றும் மாசுபாட்டைத் தவிர்க்க TaC பூச்சு அதி-உயர்ந்த தூய்மையாக இருக்க வேண்டும், மேலும் முழுமையான பூச்சுகளின் மேற்பரப்பிலும் உட்புறத்திலும் இலவச கார்பன் மற்றும் உள்ளார்ந்த அசுத்தங்களின் பயனுள்ள உள்ளடக்க தரநிலைகள் மற்றும் குணாதிசய தரநிலைகள் ஒப்புக் கொள்ளப்பட வேண்டும்.

பகுதி/3

ஸ்திரத்தன்மை:

உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் 2300℃ க்கும் அதிகமான இரசாயன வளிமண்டல எதிர்ப்பு ஆகியவை பூச்சுகளின் நிலைத்தன்மையை சோதிக்க மிக முக்கியமான குறிகாட்டிகளாகும். பின்ஹோல்கள், விரிசல்கள், விடுபட்ட மூலைகள் மற்றும் ஒற்றை நோக்குநிலை தானிய எல்லைகள் ஆகியவை அரிக்கும் வாயுக்கள் ஊடுருவி மற்றும் கிராஃபைட்டில் ஊடுருவி, பூச்சு பாதுகாப்பு தோல்விக்கு வழிவகுக்கும்.

பகுதி/4

ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பு:

TaC ஆனது 500℃க்கு மேல் இருக்கும்போது Ta2O5 ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யத் தொடங்குகிறது, மேலும் வெப்பநிலை மற்றும் ஆக்ஸிஜன் செறிவு அதிகரிப்பால் ஆக்சிஜனேற்ற விகிதம் கடுமையாக அதிகரிக்கிறது. மேற்பரப்பு ஆக்சிஜனேற்றம் தானிய எல்லைகள் மற்றும் சிறு தானியங்களிலிருந்து தொடங்குகிறது, மேலும் படிப்படியாக நெடுவரிசை படிகங்கள் மற்றும் உடைந்த படிகங்களை உருவாக்குகிறது, இதன் விளைவாக அதிக எண்ணிக்கையிலான இடைவெளிகள் மற்றும் துளைகள் உருவாகின்றன, மேலும் பூச்சு அகற்றப்படும் வரை ஆக்ஸிஜன் ஊடுருவல் தீவிரமடைகிறது. இதன் விளைவாக ஆக்சைடு அடுக்கு மோசமான வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் தோற்றத்தில் பல்வேறு வண்ணங்களைக் கொண்டுள்ளது.

பகுதி/5

சீரான தன்மை மற்றும் கடினத்தன்மை:

பூச்சு மேற்பரப்பின் சீரற்ற விநியோகம் உள்ளூர் வெப்ப அழுத்த செறிவுக்கு வழிவகுக்கும், விரிசல் மற்றும் விரிசல் அபாயத்தை அதிகரிக்கும். கூடுதலாக, மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை பூச்சு மற்றும் வெளிப்புற சூழலுக்கு இடையிலான தொடர்புகளை நேரடியாக பாதிக்கிறது, மேலும் அதிக கடினத்தன்மை எளிதில் செதில் மற்றும் சீரற்ற வெப்ப புலத்துடன் உராய்வு அதிகரிக்கும்.

பகுதி/6

தானிய அளவு:

சீரான தானிய அளவு பூச்சு நிலைத்தன்மைக்கு உதவுகிறது. தானிய அளவு சிறியதாக இருந்தால், பிணைப்பு இறுக்கமாக இல்லை, மேலும் இது ஆக்ஸிஜனேற்றம் மற்றும் அரிப்புக்கு எளிதானது, இதன் விளைவாக தானிய விளிம்பில் அதிக எண்ணிக்கையிலான விரிசல்கள் மற்றும் துளைகள் ஏற்படுகின்றன, இது பூச்சுகளின் பாதுகாப்பு செயல்திறனைக் குறைக்கிறது. தானிய அளவு மிகப் பெரியதாக இருந்தால், அது ஒப்பீட்டளவில் கரடுமுரடானதாக இருக்கும், மேலும் வெப்ப அழுத்தத்தின் கீழ் பூச்சு செதில்களாக எளிதாக இருக்கும்.

முடிவு மற்றும் எதிர்பார்ப்பு

பொதுவாக,TaC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள்சந்தையில் ஒரு பெரிய தேவை மற்றும் பரந்த அளவிலான பயன்பாட்டு வாய்ப்புகள், தற்போதையTaC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள்முக்கிய உற்பத்தி CVD TaC கூறுகளை நம்பியிருக்க வேண்டும். இருப்பினும், CVD TaC உற்பத்தி உபகரணங்களின் அதிக விலை மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட படிவு திறன் காரணமாக, பாரம்பரிய SiC பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பொருட்கள் முழுமையாக மாற்றப்படவில்லை. சின்டெரிங் முறையானது மூலப்பொருட்களின் விலையை திறம்பட குறைக்கலாம், மேலும் கிராஃபைட் பாகங்களின் சிக்கலான வடிவங்களுக்கு ஏற்றவாறு மாற்றியமைக்க முடியும், இதனால் பல்வேறு பயன்பாட்டு காட்சிகளின் தேவைகளை பூர்த்தி செய்ய முடியும்.