PVT பயன்பாடுகளில் TaC பூச்சு எவ்வாறு SiC கிரிஸ்டல் வளர்ச்சியை மேம்படுத்துகிறது

PVT பயன்பாடுகளில் TaC பூச்சு எவ்வாறு SiC கிரிஸ்டல் வளர்ச்சியை மேம்படுத்துகிறது

சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) இப்போது மின்சார வாகன ஆற்றல் ட்ரெய்ன்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மாற்றிகள் மற்றும் உயர் அதிர்வெண் சக்தி தொகுதிகள் ஆகியவற்றில் காணப்படும் முன்னேற்றத்தின் பெரும்பகுதியை ஆதரிக்கிறது. உற்பத்தி பொருளாதாரம் மற்றும் சாதன செயல்திறன் இரண்டும் SiC படிக பரிமாணங்களை பெரிதாக்குவது, தொகுதி விளைச்சலை அதிகரிப்பது மற்றும் குறைபாடுள்ள மக்களை அடக்குவது. இந்த இலக்குகளை அடைவதற்கு நேர்த்தியான செயல்முறை சமையல் குறிப்புகளை விட அதிகமாக தேவைப்படுகிறது. வெப்பப் புலப் பொருட்களின் ஒருமைப்பாடு மற்றும் நீண்ட ஆயுட்காலம் சமமாக தீர்க்கமானதாகிறது, குறிப்பாக இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து (PVT) உலைகளுக்குள் இருக்கும் ஆக்கிரமிப்பு நிலைமைகள்.

கிராஃபைட் பாகங்களுக்கான மேற்பரப்பு பொறியியல் விருப்பங்களில், டான்டலம் கார்பைட்டின் (TaC) இரசாயன நீராவி படிவு (CVD) அளவிடக்கூடிய இழுவையைப் பெற்றுள்ளது. இந்த பூச்சு அடி மூலக்கூறை வெறுமனே பாதுகாக்காது; கடுமையான சேவையைக் காணும் கூறுகளின் மேற்பரப்பு வேதியியல் மற்றும் வெப்பப் பதிலை இது தீவிரமாக மாற்றியமைக்கிறது.

PVT உலைக்குள் TaC பூச்சு என்ன செய்கிறது?

PVT வளர்ச்சியானது SiC மூலப்பொருளை 2,000°Cக்கு மேல் பதப்படுத்துவதன் மூலம் தொடர்கிறது. இதன் விளைவாக உருவாகும் நீராவி இனங்கள் குளிர்ந்த விதை படிகத்தை நோக்கி பயணிக்கின்றன, அங்கு ஒடுக்கம் மற்றும் மறுபடிகமாக்கல் படிப்படியாக பவுலை உருவாக்குகின்றன. ஒரு ஓட்டம் நூற்றுக்கணக்கான மணிநேரம் நீடிக்கும். இந்த இடைவெளியில், ஒவ்வொரு கிராஃபைட் மேற்பரப்பிலும்-குரூசிபிள் சுவர்கள், விதை வைத்திருப்பவர், வழிகாட்டி வளையங்கள்-நிலையான சிலிக்கான் நிறைந்த நீராவி, தீவிர வெப்ப சாய்வுகள் மற்றும் வெப்ப விரிவாக்கம் பொருந்தாததால் ஏற்படும் இயந்திர அழுத்தத்தை எதிர்கொள்கிறது.

பாதுகாப்பு அடுக்குகள் இல்லாமல், கிராஃபைட் இரண்டு இணையான சிதைவு பாதைகளுக்கு உட்படுகிறது. ஒன்று இயற்பியல்: மேற்பரப்பு அரிப்பு நுண்ணிய கார்பன் துகள்களை நீராவி நீரோட்டத்தில் வெளியிடுகிறது. மற்றொன்று வேதியியல்: சிலிக்கான் நீராவி கிராஃபைட்டுடன் வினைபுரிந்து ஆவியாகும் SiC அல்லது பிற இடைநிலை இனங்களை உருவாக்குகிறது, படிப்படியாக கூறு சுவரை மெலிக்கிறது. இரண்டு பாதைகளும் கார்பன் கிளஸ்டர்களை அறிமுகப்படுத்துகின்றன அல்லது வளர்ந்து வரும் படிகத்தில் உலோக அசுத்தங்களைக் கண்டுபிடிக்கின்றன, மேலும் இரண்டும் விலையுயர்ந்த உலை மரச்சாமான்களின் பயன்படுத்தக்கூடிய ஆயுளைக் குறைக்கின்றன.

CVD TaC பூச்சு இந்த வழிமுறைகளை குறுக்கிடுகிறது. பூச்சு அடுக்கு ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் முறையில் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, பின்ஹோல் இல்லாதது மற்றும் கிராஃபைட் அடி மூலக்கூறுடன் ஒட்டிக்கொண்டது. இது உயர் வெப்பநிலை நீராவிக்கு வேதியியல் ரீதியாக செயலற்ற முகத்தை அளிக்கிறது, எனவே அடிப்படை கிராஃபைட் ஒருபோதும் எதிர்வினை சூழலை நேரடியாக தொடர்பு கொள்ளாது. இந்த பிரிப்பு அடிப்படையில் மாசுபாட்டின் பாதையை மாற்றுகிறது.

படிக தரத்தில் கவனிக்கப்பட்ட மேம்பாடுகள்

படிக வளர்ப்பாளர்கள் பெரும்பாலும் TaC-பூசப்பட்ட கூறுகள் குறைந்த கார்பன் சேர்த்தல் மற்றும் மைக்ரோபைப் முடிவுகளுடன் தொடர்புபடுத்துவதாக தெரிவிக்கின்றனர். பல ஓட்டங்களில் ஒரு நிலையான மேற்பரப்பு நிலையை பராமரிக்க பூச்சுகளின் திறனில் விளக்கம் உள்ளது. பூசப்படாத கிராஃபைட் காலப்போக்கில் மாறுகிறது - அதன் போரோசிட்டி அதிகரிக்கிறது, அதன் உமிழ்வு மாறுகிறது மற்றும் அதன் உள்ளூர் வெப்பநிலை விநியோகம் நகர்கிறது. இந்த படிப்படியான மாற்றங்கள் சீரான ரேடியல் வளர்ச்சிக்கு அவசியமான வெப்பப் புல சமச்சீர்மையைத் தொந்தரவு செய்கின்றன.

ஒரு நிலையான வெப்பப் புலம், மாறாக, விதை மேற்பரப்பில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட படி-ஓட்டம் வளர்ச்சிக்குத் தேவையான அச்சு மற்றும் ரேடியல் வெப்பநிலை சாய்வுகளைப் பாதுகாக்கிறது. TaC பூச்சுடன், க்ரூசிபிள் உட்புறமானது அதன் அசல் வடிவியல் மற்றும் வெப்ப உமிழ்வை அதிக வளர்ச்சி சுழற்சிகளில் வைத்திருக்கிறது. இதன் விளைவாக, ரன் முதல் ரன் வரை படிக தர அளவீடுகளின் இறுக்கமான விநியோகம் ஆகும், இது ஒரு பவுலுக்கு பயன்படுத்தக்கூடிய செதில்களின் பகுதியை நேரடியாக உயர்த்துகிறது.

நீட்டிக்கப்பட்ட கூறு வாழ்நாள் மற்றும் செயல்பாட்டு செலவு

TaC பூச்சுக்கான பொருளாதார நிலை பெரும்பாலும் வாழ்நாள் நீட்டிப்பில் தங்கியுள்ளது. பூசப்படாத வடிவில் உள்ள கிராஃபைட் கூறுகள் குறிப்பிட்ட வெப்பநிலை விவரம் மற்றும் இயங்கும் காலத்தைப் பொறுத்து, 10-20 வளர்ச்சி ஓட்டங்களுக்குப் பிறகு மாற்றப்பட வேண்டியிருக்கும். TaC-பூசப்பட்ட சமமானவை, ஆவணப்படுத்தப்பட்ட உலை செயல்பாடுகளில், அளவிடக்கூடிய எடை இழப்பு அல்லது மேற்பரப்பு கடினப்படுத்துதல் ஆகியவற்றைக் காண்பிக்கும் முன், வழக்கமாக 2-3 மடங்கு சேவை வாழ்க்கையை அடைகின்றன.

இந்த ஆயுள் பூச்சுகளின் உயர் உருகுநிலை (3,800°Cக்கு மேல்) மற்றும் கார்பன் மற்றும் சிலிக்கான் இரண்டிற்கும் அதன் குறைந்த பரவல் குணகம் ஆகியவற்றிலிருந்து உருவாகிறது. 2,200 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் கூட, பூச்சு-அடி மூலக்கூறு இடைமுகம் முழுவதும் பரவல் மிகக் குறைவு. CVD படிவு அளவுருக்கள் சரியாக உகந்ததாக இருந்தால், வெப்ப சுழற்சியின் கீழ் பூச்சு கசிவதோ, செதில்களாகவோ அல்லது சிதைவதோ இல்லை. கூறு மாற்றங்களுக்கிடையில் நீண்ட இடைவெளிகள் குறைவான உலை குளிரூட்டல்-ஹீட்அப் சுழற்சிகள், கிழித்தல் மற்றும் மறுசீரமைப்புக்கு குறைவான உழைப்பு மற்றும் உயர்-தூய்மை கிராஃபைட் பங்குகளின் குறைந்த நுகர்வு.

செமிகண்டக்டர்களுக்கு முக்கியமான தூய்மை விவரக்குறிப்புகள்

சாதனம் தர SiC க்கு, ஒரு மில்லியனுக்கு பாகங்கள் அளவுகளில் உள்ள உலோக அசுத்தங்கள் கேரியர் வாழ்நாள் மற்றும் முறிவு மின்னழுத்தத்தைக் குறைக்கலாம். எனவே பூச்சு செமிகண்டக்டர்-இணக்கமானதாக இருக்க வேண்டும். உயர்-தூய்மை முன்னோடிகளிலிருந்து செயலாக்கப்பட்ட CVD TaC ஆனது 99.999841% ஆவணப்படுத்தப்பட்ட தூய்மையை அடைகிறது. இந்த எண்ணிக்கை தற்செயலானது அல்ல: இது முன்னோடி வாயு சுத்திகரிப்பு, அணு உலை தூய்மை மற்றும் டெபாசிஷனுக்குப் பிந்தைய கையாளுதல் ஆகியவற்றின் மீதான வேண்டுமென்றே கட்டுப்பாட்டை பிரதிபலிக்கிறது. இந்த தூய்மை மட்டத்தில், பூச்சிலிருந்து நீராவி கட்டத்தில் பரவக்கூடிய எந்த உலோக இனங்களும் வழக்கமான வளர்ச்சி காலத்திற்கான பகுப்பாய்வு கண்டறிதல் வரம்புகளுக்குக் கீழே இருக்கும்.

பொதுவாக பூசப்பட்ட கிராஃபைட் பாகங்கள்

PVT வெப்ப புலங்கள் பொதுவாக TaC பயன்பாட்டிலிருந்து பயனடையக்கூடிய ஐந்து முதல் எட்டு தனித்துவமான கிராஃபைட் கூறுகளை உள்ளடக்கியது:

SiC மூலப் பொடியைக் கொண்ட சிலுவைகள் மற்றும் அதிக வெப்பநிலையைத் தாங்கும்.

விதை வைத்திருப்பவர்கள், இது விதை படிகத்தை ஏற்றுகிறது மற்றும் துல்லியமான வெப்ப தொடர்பு தேவைப்படுகிறது.

வழிகாட்டி வளையங்கள், அவை விதையை நோக்கி நீராவி ஓட்டப் பாதையை வடிவமைக்கின்றன.

க்ரூசிபிள் மோதிரங்கள் மற்றும் ஸ்பேசர்கள், இது மூலத்திற்கும் விதைக்கும் இடையே உள்ள இடைவெளியை வரையறுக்கிறது.

சில உலை வடிவமைப்புகளில் கூடுதல் காப்புக் கவசங்கள் அல்லது ஆதரவு இடுகைகள்.

இந்த பகுதிகள் அனைத்தையும் அல்லது பெரும்பாலானவற்றை பூசுவது வெப்ப மண்டலம் முழுவதும் ஒரு சீரான மேற்பரப்பு நிலையை உருவாக்குகிறது, மாறாக கலப்பு பூசப்பட்ட மற்றும் பூசப்படாத மேற்பரப்புகளை உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட வெப்ப அல்லது இரசாயன சமச்சீரற்ற தன்மையை அறிமுகப்படுத்துகிறது.

மற்ற வைப்பு முறைகளை விட ஏன் CVD?

அனைத்து TaC பூச்சுகளும் ஒரே மாதிரியாக செயல்படாது. பிளாஸ்மா ஸ்ப்ரே அல்லது பேக் சிமெண்டேஷன் வழிகள் தடிமனான அடுக்குகளை உருவாக்குகின்றன, ஆனால் அதிக போரோசிட்டி, ஏழை ஒட்டுதல் மற்றும் வெப்ப அதிர்ச்சியின் கீழ் அதிக ஆபத்தில் இருக்கும். நீராவி-கட்ட முன்னோடிகளிலிருந்து பூச்சு அணுவை அணுவை வளர்ப்பதன் மூலம் CVD தன்னை வேறுபடுத்திக் கொள்கிறது. இது ஒரு சில மைக்ரோமீட்டர்களின் வரிசையில் தானிய அளவுகள் மற்றும் பெரிய பகுதி கூறுகள் முழுவதும் ± 5 μm க்குள் ஒரே மாதிரியான தடிமன் கொண்ட முழு அடர்த்தியான நுண் கட்டமைப்புகளை அளிக்கிறது.

பெரும்பாலான PVT க்ரூசிபிள்கள் மற்றும் வைத்திருப்பவர்களுக்கு நிலையான CVD TaC தடிமன் 30 ± 5 μm என குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. நீட்டிக்கப்பட்ட சுழற்சிகள் அல்லது அதிக உச்ச வெப்பநிலையில் இயங்கும் உலைகளுக்கு, தனிப்பயனாக்கப்பட்ட தடிமன் 40 μm வரை பயன்படுத்தப்படலாம். தடிமனான பூச்சுகள் பரவல் தடை நீளத்தை அதிகரிக்கின்றன, ஆனால் இடைமுக அழுத்தத்தைத் தவிர்க்க கிராஃபைட் அடி மூலக்கூறின் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகத்துடன் கவனமாகப் பொருத்துதல் தேவைப்படுகிறது - இது CVD செயல்முறை வடிவமைப்பில் நன்கு வகைப்படுத்தப்படும் காரணியாகும்.

தத்தெடுப்புக்கான நடைமுறை பரிசீலனைகள்

பூசப்படாத நிலையில் இருந்து TaC-பூசப்பட்ட கூறுகளுக்கு மாற்றும் வசதிகள் வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டில் மாற்றங்களை எதிர்பார்க்க வேண்டும். பூச்சு மேற்பரப்பு உமிழ்வை மாற்றுகிறது, இது பைரோமீட்டர் அளவீடுகள் அல்லது சக்தி-க்கு-வெப்பநிலை அளவுத்திருத்தத்தை 20-50 டிகிரி செல்சியஸ் மூலம் மாற்றும். இந்த மாற்றம் யூகிக்கக்கூடியது மற்றும் மீண்டும் மீண்டும் செய்யக்கூடியது, எனவே சரியான வெப்ப செட் பாயிண்ட்களை மீண்டும் நிறுவ ஒரு குறுகிய அளவுத்திருத்தம் போதுமானது. ஆரம்ப இழப்பீட்டிற்குப் பிறகு, பூசப்பட்ட அமைப்பு அதன் பூசப்படாத எண்ணைக் காட்டிலும் ரன்களில் மிகவும் சீராகச் செயல்படுகிறது, இது ஒரு ரன் டியூனிங்கின் தேவையைக் குறைக்கிறது.

முடிவுரை

PVT-அடிப்படையிலான SiC உற்பத்தியானது கிராஃபைட் வெப்ப புலக் கூறுகளின் மீது அசாதாரண கோரிக்கைகளை வைக்கிறது. CVD TaC பூச்சு நான்கு ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட விளைவுகளின் மூலம் இந்த கோரிக்கைகளை நிவர்த்தி செய்கிறது: இது கார்பன் துகள் வெளியீட்டை அடக்குகிறது, அடி மூலக்கூறு மீது சிலிக்கான் தாக்குதலைத் தடுக்கிறது, இது நீட்டிக்கப்பட்ட ரன் வரிசைகளில் வெப்ப புல சமச்சீர்மையை பாதுகாக்கிறது, மேலும் இது கூறு மாற்று இடைவெளிகளை நீடிக்கிறது. இந்த முடிவுகள் கூட்டாக படிகத் தூய்மையை மேம்படுத்துகின்றன, ஒரு பவுலுக்குப் பயன்படுத்தக்கூடிய விளைச்சலை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் நுகர்வுப் பகுதிகளிலிருந்து ஒரு வேஃபர் செலவு பங்களிப்பைக் குறைக்கின்றன. SiC செதில் அளவுகள் 200 மிமீ நோக்கி நகரும் மற்றும் குறைபாடு அடர்த்தி தேவைகள் மேலும் இறுக்கமடைவதால், TaC போன்ற பொறிக்கப்பட்ட பூச்சுகளை ஏற்றுக்கொள்வது மேம்பட்ட உற்பத்தி வரிகளில் ஒரு விருப்பத்திலிருந்து அடிப்படை விவரக்குறிப்புக்கு விரிவடையும்.