Faoi láthair, tá an tríú glúin de leathsheoltóirí faoi cheannaschomhdhúile sileacain. I struchtúr costais a chuid feistí, is ionann an tsubstráit agus 47%, agus cuntais an epitaxy 23%. An dá chéile cuntas ar feadh thart ar 70%, a bhfuil an chuid is tábhachtaí de nachomhdhúile sileacainslabhra tionscal déantúsaíochta gléas.
An modh a úsáidtear go coitianta le haghaidh ullmhúchomhdhúile sileacainis é criostail aonair an modh PVT (iompar gaile fisiciúil). Is é an prionsabal ná na hamhábhair a dhéanamh i gcrios teocht ard agus an criostail síol i gcrios teocht réasúnta íseal. Na hamhábhair ag teocht níos airde dhianscaoileann agus a tháirgeadh go díreach substaintí chéim gáis gan chéim leachtach. Iompraítear na substaintí céim gáis seo chuig an síolchriostail faoi thiomáint an ghrádán teochta aiseach, agus núiclítear agus fásann siad ag an gcriostail síl chun criostail aonair chomhdhúile sileacain a fhoirmiú. Faoi láthair, úsáideann cuideachtaí eachtracha ar nós Cree, II-VI, SiCrystal, Dow agus cuideachtaí intíre ar nós Tianyue Advanced, Tianke Heda, agus Century Golden Core go léir an modh seo.
Tá níos mó ná 200 foirm criostail de chomhdhúile sileacain ann, agus tá gá le rialú an-bheacht chun an fhoirm criostail aonair riachtanach a ghiniúint (is é an príomhshrutha foirm criostail 4H). De réir réamheolaire Tianyue Advanced, b'ionann torthaí slat criostail na cuideachta i 2018-2020 agus H1 2021 41%, 38.57%, 50.73% agus 49.90% faoi seach, agus b'ionann torthaí an tsubstráit 72.61%, 75.15.7%, agus 75.15.4% faoi seach. Níl an toradh cuimsitheach faoi láthair ach 37.7%. Ag glacadh leis an modh Pvt príomhshrutha mar shampla, tá an toradh íseal go príomha mar gheall ar na deacrachtaí seo a leanas in ullmhú substráit SiC:
1. Deacracht i rialú réimse teochta: Ní mór slata criostail SiC a tháirgeadh ag teocht ard 2500 ℃, agus ní gá ach criostail sileacain 1500 ℃, mar sin tá gá le foirnéisí criostail aonair speisialta, agus ní mór an teocht fáis a rialú go beacht le linn táirgeadh , atá thar a bheith deacair a rialú.
2. Luas táirgthe mall: Is é ráta fáis na n-ábhar sileacain traidisiúnta ná 300 mm in aghaidh na huaire, ach ní féidir le criostail aonair chomhdhúile sileacain ach 400 miocrón a fhás in aghaidh na huaire, rud atá beagnach 800 uair an difríocht.
3. Riachtanais arda maidir le paraiméadair táirgí maith, agus tá sé deacair toradh bosca dubh a rialú in am: Áirítear ar pharaiméadair lárnacha sliseog SiC dlús microtube, dlús dislocation, friotachas, warpage, roughness dromchla, etc. Le linn an phróisis fáis criostail, tá sé is gá chun paraiméadair a rialú go cruinn, mar shampla cóimheas sileacain-charbóin, grádán teocht fáis, ráta fáis criostail, agus brú sreafa aeir. Seachas sin, is dócha go dtarlóidh cuimsiú polymorphic, rud a fhágann go mbeidh criostail neamhcháilithe ann. I mbosca dubh an bhreogán graifíte, tá sé dodhéanta an stádas fáis criostail a urramú i bhfíor-am, agus tá gá le rialú réimse teirmeach an-bheacht, meaitseáil ábhar, agus carnadh taithí.
4. Deacracht i leathnú criostail: Faoin modh iompair chéim gáis, tá an teicneolaíocht leathnú fás criostail SiC thar a bheith deacair. De réir mar a mhéadaíonn an méid criostail, méadaíonn a deacracht fáis go heaspónantúil.
5. Táirgeacht íseal go ginearálta: Tá an táirgeacht íseal comhdhéanta go príomha de dhá nasc: (1) Táirgeacht slat criostail = aschur slat criostail leathsheoltóra de ghrád / (aschur slat criostail leathsheoltóra de ghrád + aschur slat criostail neamh-leathsheoltóra de ghrád) × 100%; (2) Toradh an tsubstráit = aschur tsubstráit cáilithe/(aschur tsubstráit cháilithe + aschur tsubstráit neamhcháilithe) × 100%.
In ullmhú ard-chaighdeán agus ard-toradhfoshraitheanna chomhdhúile sileacain, ní mór don chroí ábhair réimse teirmeach níos fearr chun an teocht táirgthe a rialú go cruinn. Is iad na feisteáin breogán réimse teirmeach a úsáidtear faoi láthair páirteanna struchtúracha graifíte ard-íonachta go príomha, a úsáidtear chun púdar carbóin agus púdar sileacain a théamh agus a leá agus a choinneáil te. Tá tréithe ard-neart sonrach agus modulus ar leith ag ábhair graifíte, friotaíocht turraing teirmeach maith agus friotaíocht creimeadh, ach tá na míbhuntáistí acu a bheith ocsaídithe go héasca i dtimpeallachtaí ocsaigine ardteochta, gan a bheith resistant a amóinia, agus droch-fhriotaíocht scratch. Sa phróiseas fás chomhdhúile sileacain criostail aonair aguswafer epitaxial chomhdhúile sileacaintáirgeadh, tá sé deacair freastal ar riachtanais daoine atá ag éirí níos déine maidir le húsáid ábhair graifíte, rud a chuireann srian mór ar a fhorbairt agus a chur i bhfeidhm praiticiúil. Dá bhrí sin, tá bratuithe ardteochta mar chomhdhúile tantalam tar éis tosú ag teacht chun cinn.
2. TréitheCumhdach Carbide Tantalum
Tá pointe leá de suas le 3880 ℃ ag ceirmeach TaC, cruas ard (cruas Mohs 9-10), seoltacht teirmeach mór (22W·m-1·K−1), neart lúbthachta mór (340-400MPa), agus leathnú teirmeach beag comhéifeacht (6.6 × 10 - 6K - 1), agus taispeánann sé cobhsaíocht teirmeimiceach den scoth agus airíonna fisiceacha den scoth. Tá comhoiriúnacht mhaith ceimiceach aige agus comhoiriúnacht mheicniúil le hábhair ilchodacha graifít agus C/C. Dá bhrí sin, úsáidtear sciath TaC go forleathan i gcosaint teirmeach aeraspáis, fás criostail aonair, leictreonaic fuinnimh, agus trealamh leighis.
TaC-brataitheTá friotaíocht creimeadh ceimiceach níos fearr ag graifít ná graifít lom nó graifít SiC-brataithe, is féidir é a úsáid go cobhsaí ag teochtaí arda 2600 °, agus ní imoibríonn sé le go leor eilimintí miotail. Is é an sciath is fearr i bhfás criostail aonair leathsheoltóra tríú glúin agus cásanna eitseála wafer. Féadann sé rialú teochta agus neamhíonachtaí a fheabhsú go suntasach sa phróiseas agus in ullmhúsliseog chomhdhúile sileacain ardchaighdeáinagus gaolmharsliseog epitaxial. Tá sé oiriúnach go háirithe le haghaidh criostail aonair GaN nó AlN a fhás le trealamh MOCVD agus criostail aonair SiC a fhás le trealamh PVT, agus tá feabhas suntasach ar chaighdeán na criostail aonair a fhástar.
III. Buntáistí a bhaineann le Feistí Brataithe Tantalum Carbide
Is féidir le húsáid sciath Tantalum Carbide TaC an fhadhb a bhaineann le lochtanna imeall criostail a réiteach agus feabhas a chur ar chaighdeán an fháis criostail. Tá sé ar cheann de na treoracha teicniúla lárnacha “ag fás go tapa, ag fás go tiubh, agus ag fás fada”. Tá sé léirithe ag taighde tionscail freisin gur féidir le Tantalum Carbide Brataithe Graphite Breogán téamh níos aonfhoirmí a bhaint amach, rud a sholáthraíonn rialú próisis den scoth le haghaidh fás criostail aonair SiC, rud a laghdódh go mór an dóchúlacht go gcruthófar polycrystalline ag imeall criostail SiC. Ina theannta sin, tá dhá bhuntáiste mhór ag Cumhdach Tantalum Carbide Graphite:
(I) Lochtanna SiC a Laghdú
Maidir le lochtanna criostail aonair SiC a rialú, de ghnáth tá trí bhealach tábhachtach ann. Chomh maith le barrfheabhsú a dhéanamh ar pharaiméadair fáis agus ar bhunábhair ardchaighdeáin (cosúil le púdar foinse SiC), trí úsáid a bhaint as Tantalum Carbide Coated Graphite Crucible is féidir cáilíocht mhaith criostail a bhaint amach freisin.
Léaráid scéimreach de ghnáth-breogán graifíte (a) agus de bhreogán TAC brataithe (b)
De réir taighde ag Ollscoil Oirthear na hEorpa sa Chóiré, is é an príomh-eisíontas i bhfás criostail SiC ná nítrigin, agus is féidir le breogáin graifíte atá brataithe le tantalam carbide teorainn a chur go héifeachtach le ionchorprú nítrigine criostail SiC, rud a laghdóidh giniúint lochtanna mar mhicripíopaí agus feabhas a chur ar chriostail. cáilíochta. Tá sé léirithe ag staidéir, faoi na coinníollacha céanna, go bhfuil tiúchan iompróra na sliseog SiC a fhástar i ngnáthbhreogáin graifíte agus breogáin atá brataithe le TAC thart ar 4.5×1017/cm agus 7.6×1015/cm, faoi seach.
Comparáid idir lochtanna i gcriostal aonair sic a fhástar i ngnáthbhreogáin graifíte (a) agus i mbrogáin atá brataithe le TAC (b)
(II) Saol na breogán graifíte a fheabhsú
Faoi láthair, tá costas criostail SiC fós ard, agus is ionann costas na n-earraí inchaite graifíte agus thart ar 30%. Is í an eochair chun costas earraí inchaite graifít a laghdú ná a shaol seirbhíse a mhéadú. De réir sonraí ó fhoireann taighde na Breataine, is féidir le bratuithe chomhdhúile tantalam saol seirbhíse na gcomhpháirteanna graifíte a leathnú 30-50%. De réir an ríomh seo, ní féidir ach costas criostail SiC a laghdú 9% -15% ach an graifít atá brataithe le tantalam a athsholáthar.
4. Próiseas ullmhúcháin sciath chomhdhúile tantalam
Is féidir modhanna ullmhúcháin sciath TaC a roinnt i dtrí chatagóir: modh céim soladach, modh céim leachtach agus modh céim gáis. Áirítear leis an modh céim soladach go príomha modh laghdaithe agus modh ceimiceach; cuimsíonn an modh céim leachtach modh salann leáite, modh sol-ghlóthach (Sol-Glóthach), modh shintéirithe sciodair, modh spraeála plasma; Áirítear le modh na céime gáis deascadh ceimiceach gaile (CVD), insíothlú gaile ceimiceach (CVI) agus sil-leagan fisiceach gaile (PVD). Tá a gcuid buntáistí agus míbhuntáistí féin ag modhanna éagsúla. Ina measc, is modh sách aibí é CVD a úsáidtear go forleathan chun bratuithe TaC a ullmhú. Le feabhas leanúnach ar an bpróiseas, forbraíodh próisis nua cosúil le sil-leagan gaile ceimiceach sreang te agus sil-leagan ceimiceach gaile le léas iain.
Áirítear go príomha le hábhair bunaithe ar charbón modhnaithe sciath TaC graifít, snáithín carbóin, agus ábhair chomhchodacha carbóin/carbóin. I measc na modhanna chun bratuithe TaC a ullmhú ar graifít tá spraeáil plasma, CVD, shintéiriú sciodair, etc.
Buntáistí an mhodh CVD: Tá an modh CVD chun bratuithe TaC a ullmhú bunaithe ar halide tantalam (TaX5) mar fhoinse tantalam agus hidreacarbóin (CnHm) mar fhoinse carbóin. Faoi choinníollacha áirithe, déantar iad a dhianscaoileadh isteach i Ta agus C faoi seach, agus ansin imoibríonn siad lena chéile chun bratuithe TaC a fháil. Is féidir an modh CVD a dhéanamh ag teocht níos ísle, rud a d'fhéadfadh lochtanna agus airíonna meicniúla laghdaithe de bharr ullmhúcháin ardteochta nó cóireáil bratuithe a sheachaint go pointe áirithe. Tá comhdhéanamh agus struchtúr an sciath inrialaithe, agus tá na buntáistí a bhaineann le íonacht ard, dlús ard, agus tiús aonfhoirmeach. Níos tábhachtaí fós, is féidir comhdhéanamh agus struchtúr bratuithe TaC arna n-ullmhú ag CVD a dhearadh agus a rialú go héasca. Is modh sách aibí é agus a úsáidtear go forleathan chun bratuithe TaC ardchaighdeáin a ullmhú.
Áirítear ar phríomhfhachtóirí tionchair an phróisis:
A. Ráta sreabhadh gáis (foinse tantalam, gás hidreacarbóin mar fhoinse carbóin, gás iompróra, gás caolaithe Ar2, gás a laghdú H2): Tá tionchar mór ag an athrú ar ráta sreafa gáis ar an réimse teochta, an réimse brú, agus an réimse sreabhadh gáis i an seomra imoibrithe, a eascraíonn i athruithe ar chomhdhéanamh, struchtúr agus feidhmíocht an sciath. Cuirfidh méadú ar an ráta sreafa Ar moill ar an ráta fáis sciath agus laghdófar an méid gráin, agus bíonn tionchar ag cóimheas mais molar TaCl5, H2, agus C3H6 ar an gcomhdhéanamh sciath. Is é an cóimheas molar idir H2 agus TaCl5 ná (15-20):1, atá níos oiriúnaí. Tá an cóimheas molar de TaCl5 go C3H6 gar go teoiriciúil do 3:1. Beidh TaCl5 nó C3H6 iomarcach ina chúis le foirmiú Ta2C nó carbóin saor in aisce, rud a dhéanann difear do cháilíocht an wafer.
B. Teocht an taiscthe: Dá airde an teocht sil-leagan, is amhlaidh is tapúla an ráta sil-leagan, is mó an méid gráin, agus dá gharbh an sciath. Ina theannta sin, tá teocht agus luas an dianscaoilte hidreacarbóin isteach i C agus dianscaoileadh TaCl5 isteach i Ta difriúil, agus is dóichí go gcruthóidh Ta agus C Ta2C. Tá tionchar mór ag teocht ar ábhair carbóin modhnaithe sciath TaC. De réir mar a mhéadaíonn an teocht taiscí, méadaíonn an ráta taisce, méadaíonn méid na gcáithníní, agus athraíonn cruth na gcáithníní ó sféarúil go polyhedral. Ina theannta sin, dá airde an teocht taisce, an níos tapúla an dianscaoileadh TaCl5, beidh an níos lú C saor in aisce, is mó an strus sa sciath, agus beidh scoilteanna a ghiniúint go héasca. Mar sin féin, beidh éifeachtúlacht taisce sciath níos ísle, am taisce níos faide, agus costais amhábhar níos airde mar thoradh ar theocht íseal taisce.
C. Brú taisce: Tá dlúthbhaint ag brú sil-leagan le fuinneamh saor in aisce an dromchla ábhair agus beidh tionchar aige ar an am cónaithe gáis sa seomra imoibrithe, rud a dhéanfaidh difear do luas núiclithe agus méid na gcáithníní den sciath. De réir mar a mhéadaíonn an brú taisce, éiríonn an t-am cónaithe gáis níos faide, tá níos mó ama ag na himoibritheoirí chun imoibrithe núiclithe a dhéanamh, méadaíonn an ráta imoibrithe, éiríonn na cáithníní níos mó, agus déantar an sciath níos tiús; os a choinne sin, de réir mar a laghdaíonn an brú taisce, tá an t-am cónaithe gáis imoibrithe gearr, laghdaítear an ráta imoibrithe, éiríonn na cáithníní níos lú, agus tá an sciath níos tanaí, ach níl mórán éifeacht ag an brú taisce ar struchtúr criostail agus ar chomhdhéanamh an sciath.
V. Treocht forbartha sciath chomhdhúile tantalam
Tá comhéifeacht leathnaithe teirmeach TaC (6.6 × 10 - 6K - 1) beagán difriúil ó chomhéifeacht na n-ábhar carbóin-bhunaithe ar nós graifít, snáithín carbóin, agus ábhair chomhchodacha C / C, rud a fhágann go bhfuil bratuithe aon phas TaC seans maith go scoilteadh agus ag titim as. D'fhonn feabhas breise a chur ar fhriotaíocht ablation agus ocsaídiúcháin, ar chobhsaíocht mheicniúil ardteochta, agus ar fhriotaíocht creimeadh ceimiceach ardteochta de bhratuithe TaC, tá taighde déanta ag taighdeoirí ar chórais brataithe ar nós córais brataithe ilchodacha, córais brataithe soladacha réitigh-fheabhsaithe, agus grádán. córais brataithe.
Is é an córas sciath ilchodach scoilteanna sciath amháin a dhúnadh. De ghnáth, tugtar bratuithe eile isteach sa chiseal dromchla nó istigh de TaC chun córas sciath ilchodach a fhoirmiú; Tá an struchtúr ciúbach aghaidh-lárnach céanna ag an gcóras sciath neartaithe réiteach soladach HfC, ZrC, etc. agus TaC, agus is féidir an dá chomhdhúile a intuaslagtha go neamhtheoranta ina chéile chun struchtúr soladach réitigh a fhoirmiú. Tá an sciath Hf(Ta)C saor ó scoilteadh agus tá greamaitheacht mhaith aige leis an ábhar ilchodach C/C. Tá feidhmíocht frith-ablation den scoth ag an sciath; tagraíonn sciath grádán an chórais sciath grádáin do thiúchan an chomhpháirte brataithe feadh a threo tiús. Is féidir leis an struchtúr strus inmheánach a laghdú, neamhréir na gcomhéifeachtaí leathnú teirmeach a fheabhsú, agus scoilteanna a sheachaint.
(II) Táirgí feiste brataithe cairbíde tantalam
De réir staitisticí agus réamhaisnéisí QYR (Hengzhou Bozhi), shroich díolacháin mhargaidh brataithe chomhdhúile tantalam domhanda i 2021 US $ 1.5986 milliún (gan táirgí feiste brataithe chomhdhúile tantalam féin-tháirgthe agus féin-soláthair Cree a áireamh), agus tá sé fós go luath. céimeanna forbartha an tionscail.
1. Fáinní leathnú criostail agus breogáin atá ag teastáil le haghaidh fás criostail: Bunaithe ar 200 foirnéis fáis criostail in aghaidh an fhiontair, is é an sciar den mhargadh de fheistí brataithe TaC a theastaíonn ó 30 cuideachta fáis criostail ná thart ar 4.7 billiún yuan.
2. Tráidirí TaC: Is féidir le gach tráidire 3 sliseog a iompar, is féidir gach tráidire a úsáid ar feadh 1 mhí, agus déantar 1 tráidire a chaitheamh in aghaidh gach 100 sliseog. Éilíonn 3 mhilliún sliseog 30,000 tráidire TaC, tá thart ar 20,000 píosa ar gach tráidire, agus tá gá le thart ar 600 milliún gach bliain.
3. Cásanna eile laghdaithe carbóin. Den sórt sin mar líneáil foirnéise ardteochta, CVD nozzle, píopaí foirnéise, etc., thart ar 100 milliún.
Am postála: Jul-02-2024