Kwa sasa, kizazi cha tatu cha semiconductors kinaongozwa nasilicon carbudi. Katika muundo wa gharama ya vifaa vyake, substrate inachukua 47%, na epitaxy inachukua 23%. Mbili kwa pamoja akaunti kwa karibu 70%, ambayo ni sehemu muhimu zaidi yasilicon carbudimlolongo wa tasnia ya utengenezaji wa vifaa.
Njia ya kawaida ya kuandaasilicon carbudifuwele moja ni njia ya PVT (usafiri wa mvuke kimwili). Kanuni ni kufanya malighafi katika eneo la joto la juu na kioo cha mbegu katika ukanda wa joto la chini. Malighafi kwa joto la juu hutengana na hutoa moja kwa moja vitu vya awamu ya gesi bila awamu ya kioevu. Dutu hizi za awamu ya gesi husafirishwa hadi kwenye kioo cha mbegu chini ya kiendeshi cha kiwango cha joto cha axial, na huainishwa na kukua kwenye kioo cha mbegu ili kuunda fuwele moja ya silicon carbide. Kwa sasa, makampuni ya kigeni kama vile Cree, II-VI, SiCrystal, Dow na makampuni ya ndani kama vile Tianyue Advanced, Tianke Heda, na Century Golden Core zote zinatumia njia hii.
Kuna zaidi ya aina 200 za fuwele za silicon carbide, na udhibiti sahihi sana unahitajika ili kutoa umbo la fuwele moja linalohitajika (chanzo kikuu ni umbo la fuwele la 4H). Kulingana na prospectus ya Tianyue Advanced, mazao ya kampuni ya fimbo ya kioo mwaka 2018-2020 na H1 2021 yalikuwa 41%, 38.57%, 50.73% na 49.90% mtawalia, na mavuno ya substrate yalikuwa 72.61%, 5%, 75%. kwa mtiririko huo. Mavuno ya jumla kwa sasa ni 37.7% tu. Kwa kuchukua mfano wa mbinu ya kawaida ya PVT, mavuno kidogo yanatokana na matatizo yafuatayo katika utayarishaji wa substrate ya SiC:
1. Ugumu katika udhibiti wa halijoto ya uwanja: Fimbo za fuwele za SiC zinahitajika kuzalishwa kwa joto la juu la 2500 ℃, wakati fuwele za silicon zinahitaji 1500 ℃ pekee, kwa hivyo tanuu maalum za fuwele moja zinahitajika, na halijoto ya ukuaji inahitaji kudhibitiwa kwa usahihi wakati wa uzalishaji. , ambayo ni ngumu sana kudhibiti.
2. Kasi ya polepole ya uzalishaji: Kiwango cha ukuaji wa nyenzo za jadi za silicon ni 300 mm kwa saa, lakini fuwele moja ya silicon carbudi inaweza tu kukuza mikroni 400 kwa saa, ambayo ni karibu mara 800 tofauti.
3. Mahitaji ya juu kwa vigezo vyema vya bidhaa, na mavuno ya sanduku nyeusi ni vigumu kudhibiti kwa wakati: Vigezo vya msingi vya kaki za SiC ni pamoja na wiani wa microtube, wiani wa kutenganisha, kupinga, warpage, ukali wa uso, nk Wakati wa mchakato wa ukuaji wa kioo, ni. muhimu ili kudhibiti kwa usahihi vigezo kama vile uwiano wa silicon-kaboni, upinde rangi ya ukuaji, kasi ya ukuaji wa fuwele na shinikizo la mtiririko wa hewa. Vinginevyo, inclusions ya polymorphic inawezekana kutokea, na kusababisha fuwele zisizo na sifa. Katika sanduku nyeusi la crucible ya grafiti, haiwezekani kuchunguza hali ya ukuaji wa kioo kwa wakati halisi, na udhibiti sahihi sana wa uwanja wa joto, kulinganisha nyenzo, na mkusanyiko wa uzoefu unahitajika.
4. Ugumu katika upanuzi wa kioo: Chini ya njia ya usafiri wa awamu ya gesi, teknolojia ya upanuzi wa ukuaji wa kioo wa SiC ni ngumu sana. Kadiri saizi ya fuwele inavyoongezeka, ugumu wake wa ukuaji huongezeka kwa kasi.
5. Mavuno ya chini kwa ujumla: Mavuno ya chini yanajumuishwa hasa na viungo viwili: (1) Mavuno ya fimbo ya kioo = pato la fimbo ya kioo ya semiconductor-grade / (semiconductor-grade crystal fimbo pato + isiyo ya semiconductor-grade fimbo ya kioo pato) × 100%; (2) Mavuno ya mkatetaka = pato la mkatetaka uliohitimu/(pato la mkatetaka uliohitimu + pato la mkatetaka usio na sifa) × 100%.
Katika maandalizi ya ubora wa juu na mavuno ya juusubstrates za silicon, msingi unahitaji nyenzo bora za shamba la mafuta ili kudhibiti kwa usahihi joto la uzalishaji. Vifaa vya kukokotoa kwenye sehemu ya joto vinavyotumika kwa sasa ni sehemu za muundo wa grafiti zisizo na usafi wa hali ya juu, ambazo hutumika kupasha moto na kuyeyusha unga wa kaboni na unga wa silicon na kuweka joto. Nyenzo za grafiti zina sifa ya nguvu maalum ya juu na moduli maalum, upinzani mzuri wa mshtuko wa joto na upinzani wa kutu, lakini zina hasara za kuwa oxidized kwa urahisi katika mazingira ya juu ya joto ya oksijeni, si sugu kwa amonia, na upinzani duni wa mwanzo. Katika mchakato wa silicon carbudi ukuaji wa kioo moja nakaki ya silicon carbide epitaxialuzalishaji, ni vigumu kukidhi mahitaji ya watu yanayozidi kuwa magumu kwa matumizi ya vifaa vya grafiti, ambayo inazuia sana maendeleo yake na matumizi ya vitendo. Kwa hivyo, mipako yenye joto la juu kama vile tantalum carbudi imeanza kuonekana.
2. Sifa zaMipako ya Tantalum Carbide
Kauri ya TaC ina kiwango myeyuko cha hadi 3880℃, ugumu wa juu (Mohs ugumu 9-10), upitishaji joto mkubwa (22W·m-1·K−1), nguvu kubwa ya kupinda (340-400MPa), na upanuzi mdogo wa mafuta. mgawo (6.6×10−6K-1), na huonyesha uthabiti bora wa thermokemikali na sifa bora za kimwili. Ina utangamano mzuri wa kemikali na utangamano wa mitambo na grafiti na vifaa vya mchanganyiko wa C / C. Kwa hivyo, mipako ya TaC inatumika sana katika ulinzi wa joto wa anga ya juu, ukuaji wa fuwele moja, vifaa vya elektroniki vya nishati na vifaa vya matibabu.
TaC-coatedgrafiti ina upinzani bora wa kutu wa kemikali kuliko grafiti tupu au grafiti iliyofunikwa na SiC, inaweza kutumika kwa utulivu kwenye joto la juu la 2600 °, na haifanyi na vipengele vingi vya chuma. Ni mipako bora zaidi katika ukuaji wa fuwele moja ya semicondukta ya kizazi cha tatu na matukio ya kuweka kaki. Inaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa udhibiti wa joto na uchafu katika mchakato na kuandaakaki za kaboni za silicon za ubora wa juuna kuhusianakaki za epitaxial. Inafaa hasa kwa ukuzaji wa fuwele za GaN au AlN moja kwa vifaa vya MOCVD na kukuza fuwele za SiC moja kwa vifaa vya PVT, na ubora wa fuwele zilizokuzwa umeboreshwa kwa kiasi kikubwa.
III. Manufaa ya Vifaa vya Tantalum Carbide Coated
Matumizi ya mipako ya Tantalum Carbide TaC inaweza kutatua tatizo la kasoro za ukingo wa fuwele na kuboresha ubora wa ukuaji wa fuwele. Ni mojawapo ya mielekeo ya msingi ya kiufundi ya "kukua haraka, kukua mnene, na kukua kwa muda mrefu". Utafiti wa tasnia pia umeonyesha kuwa Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible inaweza kufikia joto sare zaidi, na hivyo kutoa udhibiti bora wa mchakato kwa ukuaji wa fuwele moja ya SiC, na hivyo kupunguza kwa kiasi kikubwa uwezekano wa kutengeneza polycrystalline kwenye ukingo wa fuwele za SiC. Kwa kuongezea, mipako ya Tantalum Carbide Graphite ina faida kuu mbili:
(I) Kupunguza Kasoro za SiC
Kwa upande wa kudhibiti kasoro za fuwele za SiC, kawaida kuna njia tatu muhimu. Mbali na kuboresha vigezo vya ukuaji na nyenzo za chanzo cha ubora wa juu (kama vile poda chanzo cha SiC), kutumia Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible pia kunaweza kufikia ubora mzuri wa fuwele.
Mchoro wa kielelezo wa crucible ya kawaida ya grafiti (a) na crucible iliyopakwa TAC (b)
Kulingana na utafiti wa Chuo Kikuu cha Ulaya ya Mashariki huko Korea, uchafu kuu katika ukuaji wa fuwele ya SiC ni nitrojeni, na crucibles za tantalum carbide iliyofunikwa na grafiti inaweza kupunguza kwa ufanisi ujumuishaji wa nitrojeni wa fuwele za SiC, na hivyo kupunguza kizazi cha kasoro kama vile bomba ndogo na kuboresha fuwele. ubora. Uchunguzi umeonyesha kuwa chini ya hali hiyo hiyo, viwango vya carrier wa wafers za SiC zilizopandwa katika crucibles za grafiti za kawaida na crucibles zilizofunikwa na TAC ni takriban 4.5 × 1017 / cm na 7.6 × 1015 / cm, kwa mtiririko huo.
Ulinganisho wa kasoro katika fuwele moja za SiC zinazokuzwa katika misalaba ya kawaida ya grafiti (a) na misalaba iliyopakwa ya TAC (b)
(II) Kuboresha maisha ya crucibles grafiti
Hivi sasa, gharama ya fuwele za SiC imebakia juu, ambayo gharama ya matumizi ya grafiti ni karibu 30%. Ufunguo wa kupunguza gharama ya matumizi ya grafiti ni kuongeza maisha yake ya huduma. Kulingana na data kutoka kwa timu ya utafiti wa Uingereza, mipako ya tantalum carbudi inaweza kupanua maisha ya huduma ya vipengele vya grafiti kwa 30-50%. Kulingana na hesabu hii, tu kuchukua nafasi ya tantalum carbudi coated grafiti inaweza kupunguza gharama ya fuwele SiC kwa 9% -15%.
4. Mchakato wa maandalizi ya mipako ya carbudi ya Tantalum
Mbinu za maandalizi ya mipako ya TaC zinaweza kugawanywa katika makundi matatu: njia ya awamu imara, njia ya awamu ya kioevu na njia ya awamu ya gesi. Njia ya awamu imara hasa inajumuisha njia ya kupunguza na njia ya kemikali; njia ya awamu ya kioevu inajumuisha njia ya chumvi iliyoyeyuka, njia ya sol-gel (Sol-Gel), njia ya kunyunyizia tope, njia ya kunyunyizia plasma; njia ya awamu ya gesi inajumuisha uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD), uingizaji wa mvuke wa kemikali (CVI) na uwekaji wa mvuke halisi (PVD). Mbinu tofauti zina faida na hasara zao wenyewe. Miongoni mwao, CVD ni njia iliyokomaa na inayotumika sana kuandaa mipako ya TaC. Pamoja na uboreshaji unaoendelea wa mchakato, michakato mipya kama vile uwekaji wa mvuke ya kemikali ya waya moto na uwekaji wa kemikali inayosaidiwa na boriti ya ioni imeundwa.
Nyenzo zenye msingi wa kaboni zilizobadilishwa za TaC ni pamoja na grafiti, nyuzinyuzi za kaboni na nyenzo zenye mchanganyiko wa kaboni/kaboni. Mbinu za kuandaa mipako ya TaC kwenye grafiti ni pamoja na kunyunyizia plasma, CVD, slurry sintering, nk.
Manufaa ya njia ya CVD: Mbinu ya CVD ya kuandaa mipako ya TaC inategemea tantalum halide (TaX5) kama chanzo cha tantalum na hidrokaboni (CnHm) kama chanzo cha kaboni. Chini ya hali fulani, hutenganishwa kuwa Ta na C mtawalia, na kisha kugusana ili kupata mipako ya TaC. Njia ya CVD inaweza kufanyika kwa joto la chini, ambalo linaweza kuepuka kasoro na kupunguza mali ya mitambo inayosababishwa na maandalizi ya juu ya joto au matibabu ya mipako kwa kiasi fulani. Muundo na muundo wa mipako inaweza kudhibitiwa, na ina faida za usafi wa juu, wiani wa juu, na unene wa sare. Muhimu zaidi, muundo na muundo wa mipako ya TaC iliyoandaliwa na CVD inaweza kutengenezwa na kudhibitiwa kwa urahisi. Ni mbinu iliyokomaa kiasi na inayotumika sana kuandaa mipako ya TaC yenye ubora wa juu.
Sababu kuu za ushawishi wa mchakato ni pamoja na:
A. Kiwango cha mtiririko wa gesi (chanzo cha tantalum, gesi ya hidrokaboni kama chanzo cha kaboni, gesi ya kibebea, gesi ya dilution Ar2, kupunguza gesi H2): Mabadiliko ya kiwango cha mtiririko wa gesi yana ushawishi mkubwa kwenye uwanja wa joto, uwanja wa shinikizo, na uwanja wa mtiririko wa gesi chumba cha majibu, na kusababisha mabadiliko katika muundo, muundo na utendaji wa mipako. Kuongeza kasi ya mtiririko wa Ar kutapunguza kasi ya ukuaji wa mipako na kupunguza ukubwa wa nafaka, wakati uwiano wa molekuli ya TaCl5, H2, na C3H6 huathiri muundo wa mipako. Uwiano wa molar wa H2 hadi TaCl5 ni (15-20):1, ambao unafaa zaidi. Uwiano wa molar wa TaCl5 hadi C3H6 kinadharia unakaribia 3:1. TaCl5 au C3H6 kupita kiasi itasababisha uundaji wa Ta2C au kaboni isiyolipishwa, na kuathiri ubora wa kaki.
B. Halijoto ya uwekaji: Kadiri halijoto ya uwekaji inavyoongezeka, kasi ya kasi ya utuaji, saizi kubwa ya nafaka, na jinsi mipako inavyozidi kuwa mbaya. Kwa kuongezea, halijoto na kasi ya mtengano wa hidrokaboni kuwa C na TaCl5 mtengano kuwa Ta ni tofauti, na Ta na C zina uwezekano mkubwa wa kuunda Ta2C. Halijoto ina ushawishi mkubwa kwa nyenzo za kaboni zilizobadilishwa mipako ya TaC. Kadiri halijoto ya utuaji inavyoongezeka, kasi ya utuaji huongezeka, saizi ya chembe huongezeka, na umbo la chembe hubadilika kutoka duara hadi polihedra. Kwa kuongeza, kadiri halijoto ya uwekaji inavyoongezeka, ndivyo mtengano wa TaCl5 unavyoongezeka kwa kasi, ndivyo C itakuwa chini ya bure, ndivyo mkazo mkubwa kwenye mipako, na nyufa zitatolewa kwa urahisi. Hata hivyo, halijoto ya chini ya utuaji itasababisha ufanisi wa chini wa utuaji wa mipako, muda mrefu wa utuaji, na gharama kubwa za malighafi.
C. Shinikizo la uwekaji: Shinikizo la uwekaji linahusiana kwa karibu na nishati isiyolipishwa ya uso wa nyenzo na itaathiri wakati wa makazi ya gesi katika chumba cha mmenyuko, na hivyo kuathiri kasi ya nukleo na ukubwa wa chembe ya mipako. Shinikizo la utuaji linapoongezeka, muda wa makazi ya gesi unakuwa mrefu, viitikio vina muda zaidi wa kupata athari za nucleation, kiwango cha majibu huongezeka, chembe huwa kubwa, na mipako inakuwa nene; kinyume chake, shinikizo la utuaji linapungua, wakati wa makazi ya gesi majibu ni mfupi, kasi ya majibu hupungua, chembe huwa ndogo, na mipako ni nyembamba, lakini shinikizo la utuaji lina athari kidogo kwenye muundo wa kioo na muundo wa mipako.
V. Mwenendo wa maendeleo ya mipako ya tantalum carbudi
Mgawo wa upanuzi wa joto wa TaC (6.6×10−6K-1) ni tofauti kwa kiasi fulani na ule wa nyenzo zenye msingi wa kaboni kama vile grafiti, nyuzinyuzi za kaboni, na nyenzo za mchanganyiko wa C/C, ambayo hufanya mipako ya TaC ya awamu moja kukabiliwa na kupasuka na. kuanguka. Ili kuboresha zaidi uwekaji hewa na upinzani wa oksidi, uthabiti wa mitambo ya halijoto ya juu, na upinzani wa kutu wa kemikali wa halijoto ya juu wa mipako ya TaC, watafiti wamefanya utafiti kuhusu mifumo ya kupaka kama vile mifumo ya kupaka yenye mchanganyiko, mifumo dhabiti ya mipako iliyoimarishwa na gradient. mifumo ya mipako.
Mfumo wa mipako ya mchanganyiko ni kufunga nyufa za mipako moja. Kawaida, mipako mingine huletwa kwenye uso au safu ya ndani ya TaC ili kuunda mfumo wa mipako ya mchanganyiko; mfumo madhubuti wa uimarishaji wa upako wa HfC, ZrC, n.k. una muundo wa ujazo unaozingatia uso sawa na TaC, na kabidi mbili zinaweza kumumunyisha kwa kila nyingine ili kuunda muundo thabiti wa myeyusho. Mipako ya Hf(Ta)C haina nyufa na ina mshikamano mzuri kwa nyenzo za mchanganyiko wa C/C. Mipako ina utendaji bora wa kupambana na ablation; mfumo wa gradient mipako gradient mipako inahusu mkusanyiko sehemu ya mipako pamoja unene mwelekeo wake. Muundo unaweza kupunguza mkazo wa ndani, kuboresha kutolingana kwa mgawo wa upanuzi wa mafuta, na kuzuia nyufa.
(II) Bidhaa za kifaa cha mipako ya CARBIDE ya Tantalum
Kulingana na takwimu na utabiri wa QYR (Hengzhou Bozhi), mauzo ya soko la kimataifa la tantalum CARBIDE mnamo 2021 yalifikia dola za Kimarekani milioni 1.5986 (bila kujumuisha bidhaa za kifaa cha kujitengenezea za tantalum carbide), na bado iko mapema. hatua za maendeleo ya tasnia.
1. Pete za upanuzi za kioo na misalaba zinazohitajika kwa ukuaji wa fuwele: Kulingana na vinu 200 vya ukuaji wa fuwele kwa kila biashara, sehemu ya soko ya vifaa vilivyofunikwa na TaC vinavyohitajika na kampuni 30 za ukuaji wa fuwele ni takriban yuan bilioni 4.7.
2. Trei za TaC: Kila trei inaweza kubeba kaki 3, kila trei inaweza kutumika kwa muda wa mwezi 1, na trei 1 inatumika kwa kila kaki 100. Kaki milioni 3 zinahitaji trei 30,000 za TaC, kila trei ni takriban vipande 20,000, na takriban milioni 600 zinahitajika kila mwaka.
3. Matukio mengine ya kupunguza kaboni. Kama vile bitana vya tanuru ya joto la juu, pua ya CVD, mabomba ya tanuru, nk, karibu milioni 100.
Muda wa kutuma: Jul-02-2024