حلقه راهنمای پوشش CVD TaC

حلقه راهنمای پوشش CVD TaC شرکت Semixlab برای فرآیند رشد تک بلور PVT SiC طراحی شده است و از فناوری رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای تشکیل یک پوشش کاربید تانتالوم (TaC) بسیار متراکم روی سطح یک زیرلایه گرافیتی با خلوص بالا استفاده می‌کند. این محصول در فرآیند PVT برای تضمین کیفیت تک بلور SiC و راندمان رشد با کنترل دقیق توزیع میدان حرارتی و جهت جریان هوا در کوره رشد تک بلور SiC استفاده می‌شود. مناسب برای انواع سیستم‌های کوره رشد تک بلور SiC رایج و سیستم‌های خانگی، مناسب برای دمای بالا (> 2000 درجه سانتیگراد) و جو خورنده قوی.

کاربید تانتالوم (TaC)، به عنوان نماینده‌ای معمول از سرامیک‌های فوق دما بالا، دارای نقطه ذوب 3880 درجه سانتیگراد، سختی موس نزدیک به 10، رسانایی حرارتی عالی (حدود 22 W/m·K) و ضریب انبساط حرارتی پایین (6.6×10-6 K-1) است و درجه تطابق انبساط حرارتی آن با زیرلایه گرافیتی به طور قابل توجهی بهتر از پوشش SiC سنتی است. پوشش TaC در محدوده دمایی 1373 تا 1673 کلوین با روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) با استفاده از سیستم واکنش TaCl₅-C₃H₆-H₂-Ar رشد داده شد که امکان کنترل دقیق ضخامت پوشش (50 تا 300 میکرومتر)، اندازه دانه و محتوای کربن آزاد را فراهم می‌کرد. نتایج نشان می‌دهد که وقتی دمای رسوب به 1573 کلوین می‌رسد، پوشش TaC یک سطح مشترک تف‌جوشی فشرده بدون ترک ایجاد می‌کند و دانه‌ها از طریق پیوند متالورژیکی یک ساختار ضد پوسته شدن پیوسته تشکیل می‌دهند. تعداد چرخه‌های مقاومت در برابر شوک حرارتی بیش از ۵ برابر بیشتر از گرافیت بدون پوشش است. یک طراحی لایه گذار گرادیانی، مانند ساختار کامپوزیت TaC/Ta₂O، در این فرآیند معرفی شد تا تنش سطح مشترک بین پوشش و زیرلایه را بیشتر کاهش دهد و تضمین کند که علیرغم نوسانات شدید دما (>1000 درجه سانتیگراد در دقیقه)، پایداری هندسی خود را حفظ می‌کند.

در کوره رشد PVT، حلقه منحرف‌کننده پوشش داده شده با TaC با روش CVD مسئول هدایت مسیر انتقال فاز گاز، حفظ گرادیان دمای محوری و پشتیبانی از کریستال بذر و بوته مواد اولیه است. اجزای گرافیتی سنتی به راحتی با بخار Si/C واکنش می‌دهند و در دماهای بالا کاربیدهای فرار تشکیل می‌دهند که منجر به فرسایش سطحی و آزادسازی ناخالصی‌ها می‌شود که مستقیماً بر خلوص کریستال تأثیر می‌گذارد. به دلیل بی‌اثری شیمیایی شدید، پوشش CVD TaC در دمای 2300 درجه سانتیگراد واکنش‌پذیری نزدیک به صفر نسبت به بخار Si، C و محصولات جانبی (مانند HCl) نشان می‌دهد و به طور مؤثر مانع از انتشار ناخالصی‌های زیرلایه (Fe، Al و سایر عناصر فلزی) به سطح مشترک رشد می‌شود. داده‌های اندازه‌گیری شده نشان می‌دهند که پس از استفاده از حلقه راهنمای پوشش TaC، چگالی میکروتوبول تک کریستال SiC با قطر 6 اینچ به کمتر از 0.5 سانتی‌متر مربع کاهش می‌یابد و یکنواختی مقاومت ویژه تا ±3٪ افزایش می‌یابد که به ویژه برای تولید انبوه MOSFET های SiC بالای 1200 ولت برای ماژول‌های محرک الکتریکی وسایل نقلیه انرژی جدید مناسب است.

به منظور سازگاری با تجهیزات رشد تک بلور PVT SiC رایج، حلقه راهنمای پوشش CVD TaC از طراحی مدولار بهره می‌برد. با بهینه‌سازی سرعت جریان پیش‌ماده و مسیر رسوب‌گذاری، انحراف یکنواختی ضخامت پوشش در محدوده ±3٪ کنترل می‌شود، حتی در مواجهه با ساختارهای کانال جریان پیچیده (مانند کانال گاز مارپیچی، لایه محیط متخلخل)، می‌توان به پوشش کامل سطح دست یافت. در مقایسه با پوشش اسپری یا سینتر شده سنتی، فرآیند CVD به لایه TaC میکروسختی تا 25GPa و استحکام اتصال سطح مشترک بیش از 50MPa می‌دهد. پس از 2000 ساعت کار مداوم در دمای بالا، میزان افت کیفیت پوشش کمتر از 0.1٪ است که چرخه تعویض قطعه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. طبق آمار، خط تولید شمش SiC با استفاده از حلقه راهنما می‌تواند زمان رشد مؤثر در هر کوره را به بیش از 120 ساعت افزایش دهد، ظرفیت تولید سالانه را حدود 18٪ افزایش دهد و زمان توقف برنامه‌ریزی نشده ناشی از خرابی قطعه را 70٪ کاهش دهد.

کنترل گرادیان دمایی کوره رشد تک بلور SiC.

کریستال کاربید سیلیکون در حال انبساط و هدایت رشد جهت‌دار.

عملکرد فوق العاده در دمای بالا: پوشش TaC مقاومت دمایی تا 2000 درجه سانتیگراد دارد، پایداری دمای بالا بهتر از پوشش SiC سنتی است.

مقاومت در برابر خوردگی قوی: مقاومت عالی در برابر مواد خورنده قوی مانند سیلیکون مذاب و بخار کربن.

کنترل دقیق میدان حرارتی: یکنواختی بالای پوشش (اندازه دانه ۵-۱۵ میکرومتر) برای اطمینان از ثبات رشد تک بلور.

طراحی سفارشی: پشتیبانی از پردازش حلقه راهنمای ساختار پیچیده، مناسب برای سیستم رشد کوره تک کریستالی چند برندی و خود طراحی شده.