Ποιες είναι οι εφαρμογές των επικαλύψεων SiC και TaC στο πεδίο των ημιαγωγών;

Πώς ορίζεται γενικά ο τομέας ημιαγωγών και ποια είναι τα κύρια συστατικά του;

Ο τομέας των ημιαγωγών αναφέρεται γενικά στη χρήση των ιδιοτήτων των υλικών ημιαγωγών για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ημιαγωγών (IC), οθονών ημιαγωγών (πίνακες LCD/OLED), φωτισμού ημιαγωγών (LED) και ενεργειακών προϊόντων ημιαγωγών (φωτοβολταϊκά) μέσω σχετικών διαδικασιών παραγωγής ημιαγωγών. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αντιπροσωπεύουν έως και το 80% αυτού του τομέα, επομένως, στενά μιλώντας, η βιομηχανία ημιαγωγών συχνά αναφέρεται συγκεκριμένα στη βιομηχανία IC.

Στην ουσία, η κατασκευή ημιαγωγών περιλαμβάνει τη δημιουργία δομών κυκλώματος σε ένα «υπόστρωμα» και τη σύνδεση αυτού του κυκλώματος με εξωτερικά συστήματα ισχύος και ελέγχου για την επίτευξη διαφόρων λειτουργιών. Τα υποστρώματα, ένας όρος που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία, μπορούν να κατασκευαστούν από ημιαγωγικά υλικά όπως το Si ή το SiC, ή από μη ημιαγώγιμα υλικά όπως το ζαφείρι ή το γυαλί. Εκτός από τις βιομηχανίες LED και πάνελ, οι γκοφρέτες πυριτίου είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα υποστρώματα. Το Epitaxy αναφέρεται στη διαδικασία ανάπτυξης ενός νέου υλικού λεπτής μεμβράνης στο υπόστρωμα, με κοινά υλικά τα Si, SiC, GaN, GaAs κ.λπ. συγκέντρωση και προφίλ της επιταξιακής στιβάδας, ανεξάρτητα από το υπόστρωμα. Αυτός ο έλεγχος επιτυγχάνεται μέσω ντόπινγκ κατά τη διαδικασία της επιταξιακής ανάπτυξης.

Τι περιλαμβάνει τη διαδικασία Front-end στην Κατασκευή Ημιαγωγών;

Η διαδικασία front-end είναι το πιο πολύπλοκο τεχνικά και έντασης κεφαλαίου μέρος της κατασκευής ημιαγωγών, που απαιτεί την επανάληψη των ίδιων διαδικασιών πολλές φορές, ως εκ τούτου ονομάζεται «κυκλική διαδικασία». Περιλαμβάνει κυρίως καθαρισμό, οξείδωση, φωτολιθογραφία, χάραξη, εμφύτευση ιόντων, διάχυση, ανόπτηση, εναπόθεση λεπτής μεμβράνης και στίλβωση.

Πώς οι επιστρώσεις προστατεύουν τον εξοπλισμό παραγωγής ημιαγωγών;

Ο εξοπλισμός κατασκευής ημιαγωγών λειτουργεί σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, εξαιρετικά διαβρωτικά και απαιτεί εξαιρετικά υψηλή καθαριότητα. Επομένως, η προστασία των εσωτερικών εξαρτημάτων του εξοπλισμού είναι μια κρίσιμη πρόκληση. Η τεχνολογία επίστρωσης ενισχύει και προστατεύει τα υλικά βάσης σχηματίζοντας ένα λεπτό στρώμα κάλυψης στις επιφάνειές τους. Αυτή η προσαρμογή επιτρέπει στα βασικά υλικά να αντέχουν σε πιο ακραία και πολύπλοκα περιβάλλοντα παραγωγής, βελτιώνοντας τη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, την αντοχή στη διάβρωση, την αντίσταση στην οξείδωση και επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής τους.

Γιατί είναιΕπικάλυψη SiCΣημαντικός στον τομέα κατασκευής υποστρώματος πυριτίου;

Σε κλιβάνους ανάπτυξης κρυστάλλων πυριτίου, οι ατμοί πυριτίου σε υψηλή θερμοκρασία περίπου 1500°C μπορούν να διαβρώσουν σημαντικά συστατικά γραφίτη ή άνθρακα-άνθρακα. Εφαρμογή υψηλής καθαρότηταςΕπικάλυψη SiCσε αυτά τα εξαρτήματα μπορεί να μπλοκάρει αποτελεσματικά τους ατμούς πυριτίου και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων.

Η διαδικασία παραγωγής πλακών πυριτίου ημιαγωγών είναι πολύπλοκη, περιλαμβάνει πολλά στάδια, με την ανάπτυξη κρυστάλλων, το σχηματισμό πλακών πυριτίου και την επιταξιακή ανάπτυξη να είναι τα κύρια στάδια. Η ανάπτυξη κρυστάλλων είναι η βασική διαδικασία στην παραγωγή γκοφρέτας πυριτίου. Κατά τη φάση προετοιμασίας ενός κρυστάλλου, προσδιορίζονται κρίσιμες τεχνικές παράμετροι όπως η διάμετρος του πλακιδίου, ο προσανατολισμός των κρυστάλλων, ο τύπος αγωγιμότητας του ντόπινγκ, το εύρος και η κατανομή της ειδικής αντίστασης, η συγκέντρωση άνθρακα και οξυγόνου και τα ελαττώματα του πλέγματος. Το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο παρασκευάζεται τυπικά χρησιμοποιώντας είτε τη μέθοδο Czochralski (CZ) είτε τη μέθοδο Float Zone (FZ). Η μέθοδος CZ είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη, καθώς αντιπροσωπεύει περίπου το 85% των μονοκρυστάλλων πυριτίου. Οι γκοφρέτες πυριτίου 12 ιντσών μπορούν να παραχθούν μόνο με τη μέθοδο CZ. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την τοποθέτηση υλικού πολυπυριτίου υψηλής καθαρότητας σε ένα χωνευτήριο χαλαζία, την τήξη του υπό την προστασία αδρανούς αερίου υψηλής καθαρότητας και στη συνέχεια την εισαγωγή ενός μονοκρυσταλλικού σπόρου πυριτίου στο τήγμα. Καθώς ο σπόρος τραβιέται προς τα πάνω, ο κρύσταλλος μεγαλώνει σε μια μονοκρυσταλλική ράβδο πυριτίου.

Πώς είναιΕπικάλυψη TaCΕξέλιξη με τις μεθόδους PVT;

Τα εγγενή χαρακτηριστικά του SiC (έλλειψη υγρής φάσης Si:C=1:1 σε ατμοσφαιρική πίεση) καθιστούν την ανάπτυξη μονοκρυστάλλου προκλητική. Επί του παρόντος, οι κύριες μέθοδοι περιλαμβάνουν τη μεταφορά φυσικών ατμών (PVT), την εναπόθεση χημικών ατμών σε υψηλή θερμοκρασία (HT-CVD) και την Επίταξη υγρής φάσης (LPE). Μεταξύ αυτών, το PVT είναι το πιο ευρέως διαδεδομένο λόγω των χαμηλότερων απαιτήσεων εξοπλισμού, της απλούστερης διαδικασίας, της ισχυρής δυνατότητας ελέγχου και των καθιερωμένων βιομηχανικών εφαρμογών του.

Η μέθοδος PVT επιτρέπει τον έλεγχο σε αξονικά και ακτινικά πεδία θερμοκρασίας προσαρμόζοντας τις συνθήκες θερμομόνωσης έξω από το χωνευτήριο γραφίτη. Η σκόνη SiC τοποθετείται στον θερμότερο πυθμένα του χωνευτηρίου από γραφίτη, ενώ ο κρύσταλλος των σπόρων SiC στερεώνεται στην πιο κρύα κορυφή. Η απόσταση μεταξύ της σκόνης και του σπόρου συνήθως ελέγχεται σε αρκετές δεκάδες χιλιοστά για να αποφευχθεί η επαφή μεταξύ του αναπτυσσόμενου κρυστάλλου SiC και της σκόνης. Χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους θέρμανσης (θέρμανση επαγωγής ή αντίστασης), η σκόνη SiC θερμαίνεται στους 2200-2500°C, με αποτέλεσμα η αρχική σκόνη να εξαχνωθεί και να αποσυντεθεί σε αέρια συστατικά όπως Si, Si2C και SiC2. Αυτά τα αέρια μεταφέρονται στο άκρο των κρυστάλλων του σπόρου με συναγωγή, όπου το SiC κρυσταλλώνεται, επιτυγχάνοντας μονοκρυσταλλική ανάπτυξη. Ο τυπικός ρυθμός ανάπτυξης είναι 0,2-0,4 mm/h, απαιτώντας 7-14 ημέρες για να αναπτυχθεί ένα κρυσταλλικό πλινθίο 20-30 mm.

Η παρουσία εγκλεισμάτων άνθρακα σε κρυστάλλους SiC που αναπτύσσονται με PVT είναι μια σημαντική πηγή ελαττώματος, που συμβάλλει σε μικροσωλήνες και πολυμορφικά ελαττώματα, τα οποία υποβαθμίζουν την ποιότητα των κρυστάλλων SiC και περιορίζουν την απόδοση των συσκευών που βασίζονται σε SiC. Γενικά, η γραφιτοποίηση της σκόνης SiC και το μέτωπο ανάπτυξης πλούσιου σε άνθρακα είναι αναγνωρισμένες πηγές εγκλεισμών άνθρακα: 1) Κατά την αποσύνθεση της σκόνης SiC, ο ατμός Si συσσωρεύεται στην αέρια φάση ενώ το C συγκεντρώνεται στη στερεή φάση, οδηγώντας σε σοβαρή ενανθράκωση της σκόνης καθυστερημένη ανάπτυξη. Μόλις τα σωματίδια άνθρακα στη σκόνη υπερνικήσουν τη βαρύτητα και διαχυθούν στο πλινθίο SiC, σχηματίζονται εγκλείσματα άνθρακα. 2) Υπό συνθήκες πλούσιες σε Si, η περίσσεια ατμών Si αντιδρά με το τοίχωμα του χωνευτηρίου γραφίτη, σχηματίζοντας ένα λεπτό στρώμα SiC που μπορεί εύκολα να αποσυντεθεί σε σωματίδια άνθρακα και συστατικά που περιέχουν Si.

Δύο προσεγγίσεις μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτά τα ζητήματα: 1) Φιλτράρισμα σωματιδίων άνθρακα από βαριά ανθρακούχο σκόνη SiC καθυστερημένης ανάπτυξης. 2) Αποτρέψτε τον ατμό Si να διαβρώσει το τοίχωμα του χωνευτηρίου γραφίτη. Πολλά καρβίδια, όπως το TaC, μπορούν να λειτουργήσουν σταθερά πάνω από 2000°C και να αντιστέκονται στη χημική διάβρωση από οξέα, αλκάλια, NH3, H2 και ατμούς Si. Με τις αυξανόμενες απαιτήσεις ποιότητας για γκοφρέτες SiC, η εφαρμογή επικαλύψεων TaC στην τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων SiC διερευνάται βιομηχανικά. Μελέτες δείχνουν ότι οι κρύσταλλοι SiC που παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας συστατικά γραφίτη επικαλυμμένα με TaC σε κλιβάνους ανάπτυξης PVT είναι πιο καθαροί, με σημαντικά μειωμένες πυκνότητες ελαττώματος, βελτιώνοντας ουσιαστικά την ποιότητα των κρυστάλλων.

α) ΠορώδηςΠορώδης γραφίτης επικαλυμμένος με TaC ή TaC: Φιλτράρει τα σωματίδια άνθρακα, αποτρέπει τη διάχυση στον κρύσταλλο και εξασφαλίζει ομοιόμορφη ροή αέρα.

σι)Επικαλυμμένο με TaCδακτύλιοι: Απομονώστε τον ατμό Si από το τοίχωμα του χωνευτηρίου γραφίτη, αποτρέποντας τη διάβρωση του τοιχώματος του χωνευτηρίου από ατμούς Si.

ντο)Επικαλυμμένο με TaCοδηγοί ροής: Απομονώστε τον ατμό Si από το τοίχωμα του χωνευτηρίου γραφίτη ενώ κατευθύνετε τη ροή αέρα προς τον κρύσταλλο των σπόρων.

ρε)Επικαλυμμένο με TaCθήκες κρυστάλλων σπόρων: Απομονώστε τον ατμό Si από το επάνω κάλυμμα του χωνευτηρίου για να αποτρέψετε τη διάβρωση του άνω καλύμματος από τους ατμούς Si.

Πώς κάνειΕπίστρωση CVD SiCΌφελος στην κατασκευή υποστρώματος GaN;

Επί του παρόντος, η εμπορική παραγωγή υποστρωμάτων GaN ξεκινά με τη δημιουργία ενός ρυθμιστικού στρώματος (ή στρώματος μάσκας) σε ένα υπόστρωμα ζαφείρι. Η Επίταξη Φάσης Υδρογόνου Ατμού (HVPE) χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την ταχεία ανάπτυξη μιας μεμβράνης GaN σε αυτό το ρυθμιστικό στρώμα, που ακολουθείται από διαχωρισμό και στίλβωση για να ληφθεί ένα ελεύθερο υπόστρωμα GaN. Πώς λειτουργεί το HVPE σε αντιδραστήρες χαλαζία ατμοσφαιρικής πίεσης, δεδομένης της απαίτησής του για χημικές αντιδράσεις τόσο σε χαμηλή όσο και σε υψηλή θερμοκρασία;

Στη ζώνη χαμηλής θερμοκρασίας (800-900°C), το αέριο HCl αντιδρά με το μεταλλικό Ga για να παράγει αέριο GaCl.

Στη ζώνη υψηλής θερμοκρασίας (1000-1100°C), το αέριο GaCl αντιδρά με το αέριο NH3 για να σχηματίσει ένα μονοκρυσταλλικό φιλμ GaN.

Ποια είναι τα δομικά στοιχεία του εξοπλισμού HVPE και πώς προστατεύονται από τη διάβρωση; Ο εξοπλισμός HVPE μπορεί να είναι είτε οριζόντιος είτε κάθετος, αποτελούμενος από εξαρτήματα όπως το σκάφος γαλλίου, το σώμα του κλιβάνου, τον αντιδραστήρα, το σύστημα διαμόρφωσης αερίου και το σύστημα εξάτμισης. Οι δίσκοι και οι ράβδοι γραφίτη, που έρχονται σε επαφή με το NH3, είναι ευαίσθητοι στη διάβρωση και μπορούν να προστατευτούν μεΕπικάλυψη SiCγια την αποφυγή ζημιών.

Ποια είναι η σημασία της τεχνολογίας CVD έναντι του GaN Epitaxy Manufacturing;

Στον τομέα των συσκευών ημιαγωγών, γιατί είναι απαραίτητη η κατασκευή επιταξιακών στρωμάτων σε ορισμένα υποστρώματα γκοφρέτας; Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα περιλαμβάνει μπλε-πράσινα LED, τα οποία απαιτούν επιταξιακά στρώματα GaN σε υποστρώματα ζαφείρι. Ο εξοπλισμός MOCVD είναι ζωτικής σημασίας στη διαδικασία παραγωγής επιταξίας GaN, με κορυφαίους προμηθευτές να είναι οι AMEC, Aixtron και Veeco στην Κίνα.

Γιατί δεν μπορούν τα υποστρώματα να τοποθετηθούν απευθείας σε μεταλλικές ή απλές βάσεις κατά την επιταξιακή εναπόθεση σε συστήματα MOCVD; Πρέπει να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως η κατεύθυνση ροής αερίου (οριζόντια, κάθετη), η θερμοκρασία, η πίεση, η στερέωση του υποστρώματος και η μόλυνση από τα συντρίμμια. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένας υποδοχέας με θύλακες για τη συγκράτηση των υποστρωμάτων και η επιταξιακή εναπόθεση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CVD σε υποστρώματα που τοποθετούνται σε αυτούς τους θύλακες. ΟΟ susceptor είναι μια βάση γραφίτη με επίστρωση SiC.

Ποια είναι η χημική αντίδραση πυρήνα στην επιταξία GaN και γιατί είναι καθοριστική η ποιότητα της επικάλυψης SiC; Η αντίδραση πυρήνα είναι NH3 + TMGa → GaN + υποπροϊόντα (σε περίπου 1050-1100°C). Ωστόσο, η NH3 αποσυντίθεται θερμικά σε υψηλές θερμοκρασίες, απελευθερώνοντας ατομικό υδρογόνο, το οποίο αντιδρά έντονα με τον άνθρακα του γραφίτη. Εφόσον το NH3/H2 δεν αντιδρά με το SiC στους 1100°C, η πλήρης ενθυλάκωση και η ποιότητα της επικάλυψης SiC είναι κρίσιμα για τη διαδικασία.

Στον τομέα της κατασκευής επιτάξεως SiC, πώς εφαρμόζονται οι επικαλύψεις εντός των κύριων τύπων θαλάμων αντίδρασης;

Το SiC είναι ένα τυπικό πολυτυπικό υλικό με περισσότερες από 200 διαφορετικές κρυσταλλικές δομές, μεταξύ των οποίων τα 3C-SiC, 4H-SiC και 6H-SiC είναι τα πιο κοινά. Το 4H-SiC είναι η κρυσταλλική δομή που χρησιμοποιείται κυρίως σε mainstream συσκευές. Ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την κρυσταλλική δομή είναι η θερμοκρασία της αντίδρασης. Θερμοκρασίες κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο τείνουν να παράγουν άλλες κρυσταλλικές μορφές. Η βέλτιστη θερμοκρασία αντίδρασης είναι μεταξύ 1550 και 1650°C. θερμοκρασίες κάτω από 1550°C είναι πιο πιθανό να αποδώσουν 3C-SiC και άλλες δομές. Ωστόσο, το 3C-SiC χρησιμοποιείται συνήθως σεΕπιστρώσεις SiCκαι μια θερμοκρασία αντίδρασης περίπου 1600°C είναι κοντά στο όριο των 3C-SiC. Αν και η τρέχουσα εφαρμογή των επικαλύψεων TaC περιορίζεται από ζητήματα κόστους, μακροπρόθεσμα,Επιστρώσεις TaCαναμένεται να αντικαταστήσουν σταδιακά τις επικαλύψεις SiC στον επιταξιακό εξοπλισμό SiC.

Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι συστημάτων CVD για την επιταξία SiC: πλανητικός θερμός τοίχος, οριζόντιος θερμός τοίχος και κάθετος θερμός τοίχος. Το πλανητικό σύστημα CVD με ζεστό τοίχο χαρακτηρίζεται από την ικανότητά του να αναπτύσσει πολλαπλές γκοφρέτες σε μία παρτίδα, με αποτέλεσμα την υψηλή απόδοση παραγωγής. Το οριζόντιο σύστημα CVD ζεστού τοιχώματος περιλαμβάνει τυπικά ένα σύστημα ανάπτυξης ενός πλωτήρα, μεγάλου μεγέθους που οδηγείται από την περιστροφή του πλωτήρα αερίου, το οποίο διευκολύνει εξαιρετικές προδιαγραφές εντός του πλωτήρα. Το σύστημα CVD κάθετου θερμού τοίχου διαθέτει κυρίως περιστροφή υψηλής ταχύτητας υποβοηθούμενη από μια εξωτερική μηχανική βάση. Μειώνει αποτελεσματικά το πάχος του οριακού στρώματος διατηρώντας χαμηλότερη πίεση στο θάλαμο αντίδρασης, ενισχύοντας έτσι τον επιταξιακό ρυθμό ανάπτυξης. Επιπλέον, ο σχεδιασμός του θαλάμου του στερείται άνω τοίχωμα που θα μπορούσε να οδηγήσει σε εναπόθεση σωματιδίων SiC, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο πτώσης σωματιδίων και παρέχοντας ένα εγγενές πλεονέκτημα στον έλεγχο των ελαττωμάτων.

Για θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας, ποιες είναι οι εφαρμογέςCVD SiCσε Εξοπλισμό Φούρνων Σωλήνων;

Ο εξοπλισμός κλιβάνων σωλήνων χρησιμοποιείται ευρέως σε διαδικασίες όπως η οξείδωση, η διάχυση, η ανάπτυξη λεπτής μεμβράνης, η ανόπτηση και το κράμα στη βιομηχανία ημιαγωγών. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: οριζόντια και κάθετη. Επί του παρόντος, η βιομηχανία IC χρησιμοποιεί κυρίως φούρνους κάθετου σωλήνα. Ανάλογα με την πίεση της διεργασίας και την εφαρμογή, ο εξοπλισμός κλιβάνων σωλήνων μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε κλιβάνους ατμοσφαιρικής πίεσης και σε φούρνους χαμηλής πίεσης. Οι κλίβανοι ατμοσφαιρικής πίεσης χρησιμοποιούνται κυρίως για ντόπινγκ θερμικής διάχυσης, οξείδωση λεπτής μεμβράνης και ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας, ενώ οι κλίβανοι χαμηλής πίεσης έχουν σχεδιαστεί για την ανάπτυξη διαφόρων τύπων λεπτών μεμβρανών (όπως LPCVD και ALD). Οι δομές του διάφορου εξοπλισμού κλιβάνων σωλήνων είναι παρόμοιες και μπορούν να διαμορφωθούν με ευελιξία ώστε να εκτελούν λειτουργίες διάχυσης, οξείδωσης, ανόπτησης, LPCVD και ALD ανάλογα με τις ανάγκες. Οι σωλήνες πυροσυσσωματωμένου SiC υψηλής καθαρότητας, οι βάρκες γκοφρέτας SiC και τα τοιχώματα επένδυσης SiC είναι βασικά συστατικά μέσα στο θάλαμο αντίδρασης του εξοπλισμού κλιβάνων σωλήνων. Ανάλογα με τις απαιτήσεις των πελατών, ένα επιπλέονΕπικάλυψη SiCΤο στρώμα μπορεί να εφαρμοστεί στην επιφάνεια των πυροσυσσωματωμένων κεραμικών SiC για βελτίωση της απόδοσης.

Στον τομέα της Κατασκευής Φωτοβολταϊκών Κοκκώδους Πυριτίου, Γιατί είναιΕπικάλυψη SiCΠαίζοντας κεντρικό ρόλο;

Το πολυπυρίτιο, που προέρχεται από πυρίτιο μεταλλουργικής ποιότητας (ή βιομηχανικό πυρίτιο), είναι ένα μη μεταλλικό υλικό που καθαρίζεται μέσω μιας σειράς φυσικών και χημικών αντιδράσεων για να επιτευχθεί περιεκτικότητα σε πυρίτιο που υπερβαίνει το 99,9999% (6Ν). Στον τομέα των φωτοβολταϊκών, το πολυπυρίτιο επεξεργάζεται σε γκοφρέτες, κυψέλες και μονάδες, οι οποίες τελικά χρησιμοποιούνται σε συστήματα παραγωγής φωτοβολταϊκών ενέργειας, καθιστώντας το πολυπυρίτιο ένα κρίσιμο συστατικό ανάντη της αλυσίδας της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο τεχνολογικές οδοί για την παραγωγή πολυπυριτίου: η τροποποιημένη διεργασία Siemens (απόδοση ράβδου-όπως πυρίτιο) και η διαδικασία ρευστοποιημένης κλίνης σιλανίου (απόδοση κοκκώδους πυριτίου). Στην τροποποιημένη διαδικασία Siemens, το SiHCl3 υψηλής καθαρότητας μειώνεται με υδρογόνο υψηλής καθαρότητας σε πυρήνα πυριτίου υψηλής καθαρότητας στους περίπου 1150°C, με αποτέλεσμα την εναπόθεση πολυπυριτίου στον πυρήνα του πυριτίου. Η διεργασία ρευστοποιημένης κλίνης σιλανίου χρησιμοποιεί τυπικά SiH4 ως αέριο πηγής πυριτίου και H2 ως αέριο φορέα, με την προσθήκη SiCl4 για τη θερμική αποσύνθεση του SiH4 σε έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης στους 600-800°C για την παραγωγή κοκκώδους πολυπυριτίου. Η τροποποιημένη διαδικασία Siemens παραμένει η κύρια οδός παραγωγής πολυπυριτίου λόγω της σχετικά ώριμης τεχνολογίας παραγωγής της. Ωστόσο, καθώς εταιρείες όπως η GCL-Poly και η Tianhong Reike συνεχίζουν να προωθούν την τεχνολογία κοκκώδους πυριτίου, η διαδικασία ρευστοποιημένης κλίνης σιλανίου μπορεί να κερδίσει μερίδιο αγοράς λόγω του χαμηλότερου κόστους και του μειωμένου αποτυπώματος άνθρακα.

Ο έλεγχος καθαρότητας του προϊόντος ήταν ιστορικά ένα αδύναμο σημείο της διαδικασίας ρευστοποιημένης κλίνης, που είναι ένας πρωταρχικός λόγος για τον οποίο δεν έχει ξεπεράσει τη διαδικασία της Siemens παρά τα σημαντικά πλεονεκτήματα κόστους της. Η επένδυση χρησιμεύει ως η κύρια δομή και το δοχείο αντίδρασης της διαδικασίας ρευστοποιημένης κλίνης σιλανίου, προστατεύοντας το μεταλλικό κέλυφος του αντιδραστήρα από τη διάβρωση και τη φθορά από αέρια και υλικά υψηλής θερμοκρασίας, ενώ παράλληλα μονώνει και διατηρεί τη θερμοκρασία του υλικού. Λόγω των σκληρών συνθηκών εργασίας και της άμεσης επαφής με το κοκκώδες πυρίτιο, το υλικό επένδυσης πρέπει να παρουσιάζει υψηλή καθαρότητα, αντοχή στη φθορά, αντοχή στη διάβρωση και υψηλή αντοχή. Τα κοινά υλικά περιλαμβάνουν γραφίτη με αΕπικάλυψη SiC. Ωστόσο, στην πραγματική χρήση, υπάρχουν περιστατικά ξεφλούδισμα/ράγισμα επίστρωσης που οδηγεί σε υπερβολική περιεκτικότητα σε άνθρακα στο κοκκώδες πυρίτιο, με αποτέλεσμα τη σύντομη διάρκεια ζωής των επενδύσεων από γραφίτη και την ανάγκη τακτικής αντικατάστασης, ταξινομώντας τα ως αναλώσιμα. Οι τεχνικές προκλήσεις που σχετίζονται με τα επικαλυμμένα με SiC υλικά επένδυσης ρευστοποιημένης κλίνης και το υψηλό τους κόστος εμποδίζουν την υιοθέτηση της διαδικασίας ρευστοποιημένης κλίνης σιλανίου στην αγορά και πρέπει να αντιμετωπιστούν για ευρύτερη εφαρμογή.

Σε ποιες εφαρμογές χρησιμοποιείται η επίστρωση πυρολυτικού γραφίτη;

Ο πυρολυτικός γραφίτης είναι ένα νέο υλικό άνθρακα, που αποτελείται από υδρογονάνθρακες υψηλής καθαρότητας που εναποτίθενται χημικά με ατμούς σε πιέσεις κλιβάνου μεταξύ 1800°C και 2000°C, με αποτέλεσμα πυρολυτικό άνθρακα με υψηλά κρυσταλλογραφικό προσανατολισμό. Διαθέτει υψηλή πυκνότητα (2,20 g/cm³), υψηλή καθαρότητα και ανισότροπες θερμικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές και μηχανικές ιδιότητες. Μπορεί να διατηρήσει ένα κενό 10mmHg ακόμη και στους περίπου 1800°C, βρίσκοντας ευρεία δυνατότητα εφαρμογής σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, οι ημιαγωγοί, τα φωτοβολταϊκά και τα αναλυτικά όργανα.

Σε κόκκινες-κίτρινες επιτάξεις LED και ορισμένα ειδικά σενάρια, η οροφή MOCVD δεν απαιτεί προστασία επίστρωσης SiC και αντ' αυτού χρησιμοποιεί διάλυμα επίστρωσης πυρολυτικού γραφίτη.

Τα χωνευτήρια για αλουμίνιο εξάτμισης δέσμης ηλεκτρονίων απαιτούν υψηλή πυκνότητα, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, καλή αντίσταση θερμικών κραδασμών, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και αντοχή στη διάβρωση από οξέα, αλκάλια, άλατα και οργανικά αντιδραστήρια. Δεδομένου ότι η επίστρωση πυρολυτικού γραφίτη μοιράζεται το ίδιο υλικό με το χωνευτήριο γραφίτη, μπορεί να αντέξει αποτελεσματικά τον κύκλο υψηλής θερμοκρασίας, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του χωνευτηρίου γραφίτη.**