TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদানের প্রয়োগ এবং উন্নয়ন চ্যালেঞ্জ

সিলিকন কার্বাইড (SiC) ওয়েফার বৃদ্ধির প্রেক্ষাপটে, তাপ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত ঐতিহ্যবাহী গ্রাফাইট উপকরণ এবং কার্বন-কার্বন কম্পোজিটগুলি 2300°C (Si, SiC₂, Si₂C) এ জটিল বায়ুমণ্ডল সহ্য করার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। এই উপকরণগুলির শুধুমাত্র একটি সংক্ষিপ্ত আয়ু থাকে না, যার জন্য এক থেকে দশটি চুল্লি চক্রের পরে বিভিন্ন অংশ প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়, তবে উচ্চ তাপমাত্রায় পরমানন্দ এবং উদ্বায়ীকরণও অনুভব করে। এটি কার্বন অন্তর্ভুক্তি এবং অন্যান্য স্ফটিক ত্রুটি গঠনের দিকে পরিচালিত করতে পারে। শিল্প উত্পাদন খরচ বিবেচনা করার সময় অর্ধপরিবাহী স্ফটিকগুলির উচ্চ গুণমান এবং স্থিতিশীল বৃদ্ধি নিশ্চিত করতে, গ্রাফাইট উপাদানগুলিতে অতি-উচ্চ তাপমাত্রা এবং জারা-প্রতিরোধী সিরামিক আবরণ প্রস্তুত করা অপরিহার্য। এই আবরণগুলি গ্রাফাইট অংশগুলির আয়ুষ্কাল বাড়ায়, অপবিত্রতা স্থানান্তরকে বাধা দেয় এবং স্ফটিক বিশুদ্ধতা বাড়ায়। SiC এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির সময়, SiC-প্রলিপ্ত গ্রাফাইট ঘাঁটিগুলি সাধারণত একক স্ফটিক স্তরগুলিকে সমর্থন এবং গরম করতে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, এই ঘাঁটিগুলির জীবনকাল এখনও উন্নতির প্রয়োজন, এবং ইন্টারফেসগুলি থেকে SiC আমানতগুলি সরানোর জন্য তাদের পর্যায়ক্রমিক পরিষ্কারের প্রয়োজন। তুলনায়, ট্যানটালামকার্বাইড (TaC) আবরণক্ষয়কারী বায়ুমণ্ডল এবং উচ্চ তাপমাত্রার উচ্চতর প্রতিরোধের অফার করে, এটিকে সর্বোত্তম SiC স্ফটিক বৃদ্ধি অর্জনের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি করে তোলে।

3880°C এর গলনাঙ্ক সহ,TaCউচ্চ যান্ত্রিক শক্তি, কঠোরতা, এবং তাপীয় শক প্রতিরোধের প্রদর্শন করে। এটি অ্যামোনিয়া, হাইড্রোজেন এবং সিলিকনযুক্ত বাষ্প জড়িত উচ্চ-তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে চমৎকার রাসায়নিক জড়তা এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা বজায় রাখে। গ্রাফাইট (কার্বন-কার্বন কম্পোজিট) এর সাথে লেপাTaCঐতিহ্যগত উচ্চ-বিশুদ্ধতা গ্রাফাইট, pBN-কোটেড, এবং SiC-কোটেড উপাদানগুলির প্রতিস্থাপন হিসাবে অত্যন্ত প্রতিশ্রুতিবদ্ধ। উপরন্তু, মহাকাশ ক্ষেত্রে,TaCএকটি উচ্চ-তাপমাত্রা জারণ-প্রতিরোধী এবং বিমোচন-প্রতিরোধী আবরণ হিসাবে ব্যবহারের জন্য উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা রয়েছে, যা বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা সরবরাহ করে। যাইহোক, একটি ঘন, অভিন্ন, এবং অ পিলিং অর্জনTaC আবরণগ্রাফাইট পৃষ্ঠের উপর এবং এর শিল্প-স্কেল উত্পাদন প্রচার বিভিন্ন চ্যালেঞ্জ উপস্থিত. আবরণের প্রতিরক্ষামূলক প্রক্রিয়া বোঝা, উত্পাদন প্রক্রিয়া উদ্ভাবন করা এবং শীর্ষ আন্তর্জাতিক মানের সাথে প্রতিযোগিতা তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলির বৃদ্ধি এবং এপিটাক্সিয়াল বিকাশের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

উপসংহারে, TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদানগুলির বিকাশ এবং প্রয়োগ SiC ওয়েফার বৃদ্ধি প্রযুক্তির অগ্রগতির জন্য গুরুত্বপূর্ণ। মধ্যে চ্যালেঞ্জ মোকাবেলাTaC আবরণপ্রস্তুতি এবং শিল্পায়ন উচ্চ-মানের সেমিকন্ডাক্টর ক্রিস্টাল বৃদ্ধি নিশ্চিত করতে এবং এর ব্যবহার সম্প্রসারণের চাবিকাঠি হবেTaC আবরণবিভিন্ন উচ্চ-তাপমাত্রার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে।

1. TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদানের প্রয়োগ

(1) ক্রুসিবল, বীজ স্ফটিক ধারক এবং প্রবাহ নল ভিতরেSiC এবং AlN একক ক্রিস্টালের PVT বৃদ্ধি

SiC প্রস্তুতির জন্য ভৌত বাষ্প পরিবহন (PVT) পদ্ধতির সময়, বীজ স্ফটিক একটি অপেক্ষাকৃত কম-তাপমাত্রার অঞ্চলে স্থাপন করা হয় যখন SiC কাঁচামাল একটি উচ্চ-তাপমাত্রা অঞ্চলে (2400°C এর উপরে) থাকে। কাঁচামাল পচে গ্যাসীয় প্রজাতি (SiXCy) তৈরি করে, যা উচ্চ-তাপমাত্রা অঞ্চল থেকে নিম্ন-তাপমাত্রা অঞ্চলে স্থানান্তরিত হয় যেখানে বীজ স্ফটিক অবস্থিত। এই প্রক্রিয়া, যার মধ্যে নিউক্লিয়েশন এবং একক স্ফটিক গঠনের জন্য বৃদ্ধি অন্তর্ভুক্ত, ক্রুসিবল, ফ্লো রিং এবং বীজ স্ফটিক ধারকগুলির মতো তাপ ক্ষেত্রের উপকরণ প্রয়োজন যা উচ্চ তাপমাত্রার প্রতি প্রতিরোধী এবং SiC কাঁচামাল এবং স্ফটিককে দূষিত করে না। একই ধরনের প্রয়োজনীয়তা AlN একক স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য বিদ্যমান, যেখানে গরম করার উপাদানগুলিকে অবশ্যই আল বাষ্প এবং N2 জারা প্রতিরোধ করতে হবে এবং স্ফটিক প্রস্তুতি চক্রকে ছোট করার জন্য উচ্চ ইউটেটিক তাপমাত্রা থাকতে হবে।

গবেষণায় দেখা গেছে যে ব্যবহার করেTaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপকরণSiC এবং AlN প্রস্তুতির জন্য তাপ ক্ষেত্রের ফলে কম কার্বন, অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন অমেধ্য সহ ক্লিনার ক্রিস্টাল তৈরি হয়। প্রান্তের ত্রুটিগুলি ন্যূনতম করা হয়, এবং মাইক্রোপোর এবং এচ পিট ঘনত্ব সহ বিভিন্ন অঞ্চলে প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়, যা স্ফটিক গুণমানকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে। উপরন্তু,TaCক্রুসিবল নগণ্য ওজন হ্রাস এবং কোন ক্ষতি দেখায় না, পুনরায় ব্যবহারের অনুমতি দেয় (200 ঘন্টা পর্যন্ত জীবনকাল সহ), একক ক্রিস্টাল প্রস্তুতির স্থায়িত্ব এবং দক্ষতা বৃদ্ধি করে।

(2) MOCVD GaN এপিট্যাক্সিয়াল লেয়ার বৃদ্ধিতে হিটার

MOCVD GaN বৃদ্ধিতে রাসায়নিক বাষ্প জমা প্রযুক্তি ব্যবহার করে পাতলা ফিল্মগুলি এপিটাক্সালিভাবে বৃদ্ধি পায়। চেম্বারের তাপমাত্রার নির্ভুলতা এবং অভিন্নতা হিটারকে একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান করে তোলে। এটি অবশ্যই দীর্ঘ সময় ধরে সাবস্ট্রেটকে ধারাবাহিকভাবে এবং অভিন্নভাবে গরম করতে হবে এবং ক্ষয়কারী গ্যাসের অধীনে উচ্চ তাপমাত্রায় স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে হবে।

MOCVD GaN সিস্টেম হিটারের কর্মক্ষমতা এবং পুনর্ব্যবহারযোগ্যতা উন্নত করতে,TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইটহিটার সফলভাবে চালু করা হয়েছে। pBN আবরণ সহ ঐতিহ্যবাহী হিটারের তুলনায়, TaC হিটারগুলি ক্রিস্টাল গঠন, পুরুত্বের অভিন্নতা, অন্তর্নিহিত ত্রুটি, অশুদ্ধতা ডোপিং এবং দূষণের মাত্রায় তুলনামূলক কার্যকারিতা দেখায়। এর কম প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং পৃষ্ঠ নির্গততাTaC আবরণহিটারের কার্যকারিতা এবং অভিন্নতা বাড়ায়, শক্তি খরচ এবং তাপ অপচয় হ্রাস করে। আবরণের সামঞ্জস্যযোগ্য ছিদ্র হিটারের বিকিরণ বৈশিষ্ট্যকে আরও উন্নত করে এবং এর আয়ু বাড়ায়,TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইটউনান MOCVD GaN বৃদ্ধি সিস্টেমের জন্য একটি উচ্চতর পছন্দ.

চিত্র 2. (ক) GaN এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য MOCVD যন্ত্রপাতির পরিকল্পিত চিত্র

(b) MOCVD সেটআপে স্থাপিত TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট হিটার, বেস এবং সমর্থনগুলি বাদ দিয়ে (ইনসেটটি বেস দেখায় এবং গরম করার সময় সমর্থন করে)

(গ)GaN এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির 17 চক্রের পরে TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট হিটার

(৩)এপিটাক্সিয়াল আবরণ ট্রে (ওয়েফার ক্যারিয়ার)

ওয়েফার ক্যারিয়ারগুলি তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার যেমন SiC, AlN এবং GaN-এর প্রস্তুতি এবং এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধিতে গুরুত্বপূর্ণ কাঠামোগত উপাদান। বেশিরভাগ ওয়েফার ক্যারিয়ার গ্রাফাইট দিয়ে তৈরি এবং 1100 থেকে 1600 ডিগ্রি সেলসিয়াসের তাপমাত্রা পরিসীমার মধ্যে কাজ করে প্রক্রিয়া গ্যাস থেকে ক্ষয় প্রতিরোধ করার জন্য SiC দিয়ে লেপা। প্রতিরক্ষামূলক আবরণের ক্ষয়-বিরোধী ক্ষমতা ক্যারিয়ারের জীবনকালের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

গবেষণা ইঙ্গিত করে যে উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যামোনিয়া এবং হাইড্রোজেন পরিবেশে TaC এর ক্ষয় হার উল্লেখযোগ্যভাবে ধীরTaC প্রলিপ্তট্রেগুলি নীল GaN MOCVD প্রক্রিয়াগুলির সাথে আরও সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং অপবিত্রতা প্রবর্তন প্রতিরোধ করে। LED কর্মক্ষমতা ব্যবহার করে উত্থিতTaC বাহকঐতিহ্যবাহী SiC ক্যারিয়ারের সাথে তুলনীয়TaC প্রলিপ্তউচ্চতর জীবনকাল প্রদর্শন ট্রে.

চিত্র 3. GaN এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য MOCVD সরঞ্জামে (Veeco P75) ব্যবহৃত ওয়েফার ট্রে। বামদিকের ট্রেটি TaC দিয়ে প্রলিপ্ত, যখন ডানদিকের ট্রেটি SiC দিয়ে প্রলিপ্ত

2. TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদান চ্যালেঞ্জ

আনুগত্য:মধ্যে তাপ সম্প্রসারণ সহগ পার্থক্যTaCএবং কার্বন উপাদানের ফলে আবরণের আনুগত্য শক্তি কম হয়, এটি ক্র্যাকিং, ছিদ্রতা এবং তাপীয় চাপের প্রবণতা তৈরি করে, যা ক্ষয়কারী বায়ুমণ্ডলের অধীনে আবরণ স্প্যালেশন এবং বারবার তাপমাত্রা সাইক্লিং হতে পারে।

বিশুদ্ধতা: TaC আবরণউচ্চ তাপমাত্রায় অমেধ্য প্রবর্তন এড়াতে অতি-উচ্চ বিশুদ্ধতা বজায় রাখতে হবে। আবরণের মধ্যে বিনামূল্যে কার্বন এবং অভ্যন্তরীণ অমেধ্য মূল্যায়নের জন্য মান স্থাপন করা প্রয়োজন।

স্থিতিশীলতা:2300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে উচ্চ তাপমাত্রা এবং রাসায়নিক বায়ুমণ্ডলের প্রতিরোধ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পিনহোল, ফাটল এবং একক স্ফটিক শস্যের সীমানার মতো ত্রুটিগুলি ক্ষয়কারী গ্যাস অনুপ্রবেশের জন্য সংবেদনশীল, যা আবরণ ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে।

অক্সিডেশন প্রতিরোধের:TaC500°C এর উপরে তাপমাত্রায় অক্সিডাইজ করা শুরু করে, Ta2O5 গঠন করে। শস্যের সীমানা এবং ছোট দানা থেকে শুরু করে তাপমাত্রা এবং অক্সিজেনের ঘনত্বের সাথে অক্সিডেশনের হার বৃদ্ধি পায়, যার ফলে আবরণের উল্লেখযোগ্য অবক্ষয় এবং শেষ পর্যন্ত স্প্যালেশন হয়।

অভিন্নতা এবং রুক্ষতা: অসামঞ্জস্যপূর্ণ আবরণ বিতরণ স্থানীয় তাপীয় চাপ সৃষ্টি করতে পারে, যা ফাটল এবং স্প্যালেশনের ঝুঁকি বাড়ায়। পৃষ্ঠের রুক্ষতা বাহ্যিক পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে, উচ্চ রুক্ষতার ফলে ঘর্ষণ এবং অসম তাপীয় ক্ষেত্রগুলি বৃদ্ধি পায়।

দ্রব্যের আকার:অভিন্ন শস্যের আকার আবরণের স্থায়িত্ব বাড়ায়, যেখানে ছোট শস্য অক্সিডেশন এবং ক্ষয় প্রবণ, যার ফলে ছিদ্র বৃদ্ধি এবং সুরক্ষা হ্রাস পায়। বড় দানা তাপীয় চাপ-প্ররোচিত স্প্যালেশনের কারণ হতে পারে।

3. উপসংহার এবং আউটলুক

TaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদানগুলির উল্লেখযোগ্য বাজার চাহিদা এবং ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। এর মূলধারার উৎপাদনTaC আবরণবর্তমানে CVD TaC উপাদানগুলির উপর নির্ভর করে, কিন্তু CVD সরঞ্জামগুলির উচ্চ মূল্য এবং সীমিত জমা দক্ষতা এখনও প্রথাগত SiC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপকরণগুলিকে প্রতিস্থাপন করতে পারেনি। সিন্টারিং পদ্ধতি কার্যকরভাবে কাঁচা মাল খরচ কমাতে পারে এবং জটিল গ্রাফাইট আকার মিটমাট করতে পারে, বিভিন্ন প্রয়োগের চাহিদা মেটাতে পারে। AFTech, CGT কার্বন GmbH, এবং Toyo Tanso-এর মতো কোম্পানিগুলো পরিপক্ক হয়েছেTaC আবরণপ্রক্রিয়া এবং বাজারে আধিপত্য.

চীনে, এর বিকাশTaC প্রলিপ্ত গ্রাফাইট উপাদানএখনও তার পরীক্ষামূলক এবং প্রাথমিক শিল্পায়নের পর্যায়ে রয়েছে। শিল্পকে এগিয়ে নিতে, বর্তমান প্রস্তুতির পদ্ধতিগুলিকে অপ্টিমাইজ করা, নতুন উচ্চ-মানের TaC আবরণ প্রক্রিয়াগুলি অন্বেষণ করা এবং বোঝার জন্যTaC আবরণসুরক্ষা ব্যবস্থা এবং ব্যর্থতার মোড অপরিহার্য। প্রসারিত হচ্ছেTaC আবরণ অ্যাপ্লিকেশনগবেষণা প্রতিষ্ঠান এবং কোম্পানি থেকে ক্রমাগত উদ্ভাবন প্রয়োজন. গার্হস্থ্য তৃতীয়-প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর বাজার বৃদ্ধির সাথে সাথে উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন আবরণের চাহিদা বৃদ্ধি পাবে, যা গার্হস্থ্য বিকল্পগুলিকে ভবিষ্যতের শিল্প প্রবণতা হিসেবে গড়ে তুলবে।**