ٹی اے سی لیپت گریفائٹ اجزاء کی درخواست اور ترقی کے چیلنجز

Silicon Carbide (SiC) ویفر کی نشوونما کے تناظر میں، تھرمل فیلڈ میں استعمال ہونے والے روایتی گریفائٹ مواد اور کاربن کاربن مرکبات کو 2300 ° C (Si, SiC₂, Si₂C) پر پیچیدہ ماحول کو برداشت کرنے میں اہم چیلنجوں کا سامنا ہے۔ ان مواد کی نہ صرف ایک مختصر عمر ہوتی ہے، جس کے لیے ایک سے دس فرنس سائیکلوں کے بعد مختلف حصوں کو تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، بلکہ اعلی درجہ حرارت پر سربلندی اور اتار چڑھاؤ کا بھی تجربہ ہوتا ہے۔ یہ کاربن کی شمولیت اور دیگر کرسٹل نقائص کی تشکیل کا باعث بن سکتا ہے۔ صنعتی پیداواری لاگت پر غور کرتے ہوئے سیمی کنڈکٹر کرسٹل کے اعلیٰ معیار اور مستحکم نمو کو یقینی بنانے کے لیے، گریفائٹ کے اجزاء پر انتہائی اعلی درجہ حرارت اور سنکنرن مزاحم سیرامک ​​کوٹنگز تیار کرنا ضروری ہے۔ یہ کوٹنگز گریفائٹ حصوں کی عمر کو بڑھاتی ہیں، ناپاکی کی منتقلی کو روکتی ہیں، اور کرسٹل کی پاکیزگی کو بڑھاتی ہیں۔ SiC epitaxial ترقی کے دوران، SiC- coated graphite bases کو عام طور پر سنگل کرسٹل سبسٹریٹس کو سہارا دینے اور گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ تاہم، ان اڈوں کی عمر میں اب بھی بہتری کی ضرورت ہے، اور انہیں انٹرفیس سے SiC کے ذخائر کو ہٹانے کے لیے وقتاً فوقتاً صفائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے مقابلے میں، ٹینٹلمکاربائیڈ (ٹی اے سی) کوٹنگزcorrosive ماحول اور اعلی درجہ حرارت کے خلاف اعلی مزاحمت پیش کرتے ہیں، انہیں بہترین SiC کرسٹل نمو حاصل کرنے کے لیے ایک اہم ٹیکنالوجی بناتے ہیں۔

3880 ° C کے پگھلنے کے نقطہ کے ساتھ،ٹی سیاعلی میکانی طاقت، سختی، اور تھرمل جھٹکا مزاحمت کی نمائش کرتا ہے. یہ امونیا، ہائیڈروجن اور سلکان پر مشتمل بخارات پر مشتمل اعلی درجہ حرارت کے حالات میں بہترین کیمیائی جڑت اور تھرمل استحکام کو برقرار رکھتا ہے۔ گریفائٹ (کاربن کاربن مرکب) مواد کے ساتھ لیپتٹی سیروایتی ہائی پیوریٹی گریفائٹ، پی بی این لیپت، اور سی سی لیپت اجزاء کے متبادل کے طور پر انتہائی امید افزا ہیں۔ مزید برآں، ایرو اسپیس فیلڈ میں،ٹی سیاعلی درجہ حرارت کے آکسیکرن مزاحم اور خاتمے کے خلاف مزاحم کوٹنگ کے طور پر استعمال کی قابل ذکر صلاحیت ہے، جس سے وسیع اطلاق کے امکانات پیش کیے جاتے ہیں۔ تاہم، ایک گھنے، یکساں، اور بغیر چھیلنے کا حصولٹی اے سی کوٹنگگریفائٹ سطحوں پر اور اس کی صنعتی پیمانے پر پیداوار کو فروغ دینا کئی چیلنجز پیش کرتا ہے۔ کوٹنگ کے حفاظتی طریقہ کار کو سمجھنا، پیداواری عمل کو اختراع کرنا، اور اعلیٰ بین الاقوامی معیارات کے ساتھ مقابلہ کرنا تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹرز کی نشوونما اور اپیٹیکسیل ترقی کے لیے اہم ہیں۔

آخر میں، TaC لیپت گریفائٹ اجزاء کی ترقی اور اطلاق SiC ویفر گروتھ ٹیکنالوجی کو آگے بڑھانے کے لیے اہم ہیں۔ میں چیلنجز سے نمٹناٹی اے سی کوٹنگتیاری اور صنعت کاری اعلیٰ معیار کے سیمی کنڈکٹر کرسٹل کی نمو کو یقینی بنانے اور اس کے استعمال کو بڑھانے کے لیے کلید ہو گی۔ٹی اے سی کوٹنگزمختلف اعلی درجہ حرارت ایپلی کیشنز میں.

1. ٹی اے سی لیپت گریفائٹ اجزاء کا اطلاق

(1) کروسیبل، سیڈ کرسٹل ہولڈر اور فلو ٹیوب اندرSiC اور AlN سنگل کرسٹل کی PVT ترقی

SiC کی تیاری کے لیے جسمانی بخارات کی نقل و حمل (PVT) کے طریقہ کار کے دوران، بیج کرسٹل کو نسبتاً کم درجہ حرارت والے زون میں رکھا جاتا ہے جبکہ SiC کا خام مال اعلی درجہ حرارت والے زون (2400 ° C سے اوپر) میں ہوتا ہے۔ خام مال گیسی انواع (SiXCy) پیدا کرنے کے لیے گل جاتا ہے، جنہیں اعلی درجہ حرارت والے علاقے سے کم درجہ حرارت والے علاقے میں منتقل کیا جاتا ہے جہاں بیج کرسٹل واقع ہوتا ہے۔ یہ عمل، جس میں سنگل کرسٹل بنانے کے لیے نیوکلیشن اور بڑھوتری شامل ہوتی ہے، اس کے لیے کروسیبلز، فلو رِنگز، اور سیڈ کرسٹل ہولڈرز جیسے ہیٹ فیلڈ مواد کی ضرورت ہوتی ہے جو زیادہ درجہ حرارت کے خلاف مزاحم ہوتے ہیں اور ایس آئی سی کے خام مال اور کرسٹل کو آلودہ نہیں کرتے ہیں۔ اسی طرح کے تقاضے AlN سنگل کرسٹل کی نمو کے لیے بھی موجود ہیں، جہاں حرارتی عناصر کو ال وانپ اور N2 سنکنرن کے خلاف مزاحمت کرنی چاہیے اور کرسٹل کی تیاری کے دور کو مختصر کرنے کے لیے ان کا اعلی درجہ حرارت ہونا چاہیے۔

مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ استعمال کرتے ہوئےٹی اے سی لیپت گریفائٹ موادگرمی کے میدان میں SiC اور AlN کی تیاری کے نتیجے میں کم کاربن، آکسیجن اور نائٹروجن کی نجاست کے ساتھ صاف ستھرے کرسٹل ہوتے ہیں۔ کنارے کے نقائص کو کم کیا جاتا ہے، اور مائکروپور اور ایچ پٹ کثافت کے ساتھ ساتھ مختلف خطوں میں مزاحمت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے، جس سے کرسٹل کے معیار میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے۔ مزید برآں، theٹی سیکروسیبل وزن میں نہ ہونے کے برابر کمی اور کوئی نقصان نہیں دکھاتا، دوبارہ استعمال کی اجازت دیتا ہے (200 گھنٹے تک کی عمر کے ساتھ)، سنگل کرسٹل کی تیاری کی پائیداری اور کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔

(2) MOCVD GaN ایپیٹیکسیل لیئر گروتھ میں ہیٹر

MOCVD GaN نمو میں کیمیکل بخارات جمع کرنے والی ٹیکنالوجی کا استعمال شامل ہے تاکہ پتلی فلموں کو epitaxially اگایا جا سکے۔ چیمبر کے درجہ حرارت کی درستگی اور یکسانیت ہیٹر کو ایک اہم جزو بناتی ہے۔ اسے لمبے عرصے تک سبسٹریٹ کو مستقل اور یکساں طور پر گرم کرنا چاہیے اور سنکنرن گیسوں کے تحت اعلی درجہ حرارت پر استحکام برقرار رکھنا چاہیے۔

MOCVD GaN سسٹم ہیٹر کی کارکردگی اور ری سائیکلیبلٹی کو بہتر بنانے کے لیے،ٹی اے سی لیپت گریفائٹہیٹر کامیابی سے متعارف کرایا گیا ہے۔ پی بی این کوٹنگز والے روایتی ہیٹر کے مقابلے میں، ٹی اے سی ہیٹر کرسٹل ڈھانچے، موٹائی کی یکسانیت، اندرونی نقائص، ناپاک ڈوپنگ، اور آلودگی کی سطحوں میں موازنہ کارکردگی دکھاتے ہیں۔ کی کم مزاحمیت اور سطح کا اخراجٹی اے سی کوٹنگہیٹر کی کارکردگی اور یکسانیت کو بڑھاتا ہے، توانائی کی کھپت اور گرمی کی کھپت کو کم کرتا ہے۔ کوٹنگ کی ایڈجسٹ پورسٹی ہیٹر کی تابکاری کی خصوصیات کو مزید بہتر بناتی ہے اور اس کی عمر کو بڑھاتی ہے،ٹی اے سی لیپت گریفائٹہیٹر MOCVD GaN نمو کے نظام کے لیے ایک بہترین انتخاب ہے۔

شکل 2. (a) GN epitaxial ترقی کے لئے MOCVD اپریٹس کا اسکیمیٹک خاکہ

(b) MOCVD سیٹ اپ میں نصب شدہ TaC لیپت گریفائٹ ہیٹر، بیس اور سپورٹ کو چھوڑ کر (ان سیٹ بیس کو دکھاتا ہے اور ہیٹنگ کے دوران سپورٹ کرتا ہے)

(c)ٹی سی لیپت گریفائٹ ہیٹر GaN ایپیٹیکسیل نمو کے 17 چکروں کے بعد

(3)ایپیٹیکسیل کوٹنگ ٹرے (وفر کیریئرز)

ویفر کیریئرز تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹر ویفرز جیسے SiC، AlN، اور GaN کی تیاری اور اپیٹیکسیل نمو میں اہم ساختی اجزاء ہیں۔ زیادہ تر ویفر کیریئر گریفائٹ سے بنے ہوتے ہیں اور پروسیس گیسوں سے سنکنرن کے خلاف مزاحمت کے لیے SiC کے ساتھ لیپت ہوتے ہیں، درجہ حرارت 1100 سے 1600 ° C کے اندر کام کرتے ہیں۔ حفاظتی کوٹنگ کی سنکنرن مخالف صلاحیت کیریئر کی عمر کے لیے اہم ہے۔

تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ اعلی درجہ حرارت امونیا اور ہائیڈروجن ماحول میں TaC کی سنکنرن کی شرح SiC کے مقابلے میں نمایاں طور پر سست ہے،ٹی اے سی لیپتٹرے نیلے رنگ کے GaN MOCVD عمل کے ساتھ زیادہ مطابقت رکھتی ہیں اور نجاست کے تعارف کو روکتی ہیں۔ ایل ای ڈی کی کارکردگی کا استعمال کرتے ہوئے اضافہ ہواٹی اے سی کیریئرزروایتی SiC کیریئرز کے ساتھ موازنہ کیا جاتا ہے۔ٹی اے سی لیپتاعلی عمر کا مظاہرہ کرنے والی ٹرے۔

شکل 3. ویفر ٹرے جو MOCVD آلات (Veeco P75) میں GaN epitaxial نمو کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ بائیں طرف کی ٹرے TaC کے ساتھ لیپت ہے، جبکہ دائیں طرف کی ٹرے SiC کے ساتھ لیپت ہے۔

2. ٹی اے سی لیپت گریفائٹ اجزاء میں چیلنجز

آسنجن:کے درمیان تھرمل توسیع گتانک فرقٹی سیاور کاربن مواد کے نتیجے میں کوٹنگ کی چپکنے والی طاقت کم ہوتی ہے، جس سے یہ کریکنگ، پوروسیٹی اور تھرمل تناؤ کا شکار ہو جاتا ہے، جو سنکنرن ماحول اور بار بار درجہ حرارت کی سائیکلنگ کے تحت کوٹنگ سپلیشن کا باعث بن سکتا ہے۔

طہارت: ٹی اے سی کوٹنگزاعلی درجہ حرارت پر نجاست کو متعارف کرانے سے بچنے کے لیے انتہائی اعلیٰ طہارت کو برقرار رکھنا چاہیے۔ کوٹنگ کے اندر مفت کاربن اور اندرونی نجاست کا جائزہ لینے کے لیے معیارات قائم کیے جانے کی ضرورت ہے۔

استحکام:2300 ° C سے زیادہ اعلی درجہ حرارت اور کیمیائی ماحول کے خلاف مزاحمت اہم ہے۔ نقائص جیسے پن ہولز، کریکس، اور سنگل کرسٹل گرین باؤنڈری سنکنرن گیس کی دراندازی کے لیے حساس ہیں، جس کی وجہ سے کوٹنگ کی ناکامی ہوتی ہے۔

آکسیکرن مزاحمت:ٹی سی500 ° C سے زیادہ درجہ حرارت پر آکسائڈائز کرنا شروع کرتا ہے، Ta2O5 بناتا ہے۔ درجہ حرارت اور آکسیجن کے ارتکاز کے ساتھ آکسیکرن کی شرح بڑھ جاتی ہے، جو اناج کی حدود اور چھوٹے دانوں سے شروع ہوتی ہے، جس کی وجہ سے کوٹنگ کی نمایاں کمی اور حتمی طور پر پھیلنا ہوتا ہے۔

یکسانیت اور کھردرا پن: کوٹنگ کی غیر متوازن تقسیم مقامی سطح پر تھرمل تناؤ کا سبب بن سکتی ہے، جس سے کریکنگ اور سپلیشن کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔ سطح کا کھردرا پن بیرونی ماحول کے ساتھ تعاملات کو متاثر کرتا ہے، زیادہ کھردری کے ساتھ رگڑ اور غیر مساوی تھرمل فیلڈز میں اضافہ ہوتا ہے۔

اناج کا سائز:یکساں اناج کا سائز کوٹنگ کے استحکام کو بڑھاتا ہے، جب کہ چھوٹے دانے آکسیڈیشن اور سنکنرن کا شکار ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے پوروسیٹی بڑھ جاتی ہے اور تحفظ کم ہوتا ہے۔ بڑے دانے تھرمل تناؤ کی حوصلہ افزائی کا سبب بن سکتے ہیں۔

3۔ نتیجہ اور آؤٹ لک

ٹی اے سی لیپت گریفائٹ اجزاء کی مارکیٹ کی اہم طلب اور وسیع اطلاق کے امکانات ہیں۔ کی مرکزی دھارے کی پیداوارٹی اے سی کوٹنگزفی الحال CVD TaC اجزاء پر انحصار کرتا ہے، لیکن CVD آلات کی اعلی قیمت اور محدود جمع کرنے کی کارکردگی نے ابھی تک روایتی SiC لیپت گریفائٹ مواد کو تبدیل نہیں کیا ہے۔ سنٹرنگ کے طریقے خام مال کی لاگت کو مؤثر طریقے سے کم کر سکتے ہیں اور پیچیدہ گریفائٹ کی شکلوں کو ایڈجسٹ کر سکتے ہیں، درخواست کی متنوع ضروریات کو پورا کر سکتے ہیں۔ AFTech، CGT Carbon GmbH، اور Toyo Tanso جیسی کمپنیاں بالغ ہو چکی ہیں۔ٹی اے سی کوٹنگعمل کرتا ہے اور مارکیٹ پر غلبہ رکھتا ہے۔

چین میں، کی ترقیٹی اے سی لیپت گریفائٹ اجزاءاب بھی اپنے تجرباتی اور ابتدائی صنعتی مراحل میں ہے۔ صنعت کو آگے بڑھانے کے لیے، تیاری کے موجودہ طریقوں کو بہتر بنانا، نئے اعلیٰ معیار کے TaC کوٹنگ کے عمل کو تلاش کرنا، اور سمجھناٹی اے سی کوٹنگحفاظتی طریقہ کار اور ناکامی کے طریقے ضروری ہیں۔ پھیل رہا ہے۔ٹی اے سی کوٹنگ ایپلی کیشنزتحقیقی اداروں اور کمپنیوں سے مسلسل جدت کی ضرورت ہے۔ جیسے جیسے گھریلو تھرڈ جنریشن سیمی کنڈکٹر مارکیٹ بڑھے گی، اعلیٰ کارکردگی والی کوٹنگز کی مانگ بڑھے گی، جس سے گھریلو متبادل مستقبل کی صنعت کا رجحان بن جائے گا۔**