Anell guia de recobriment CVD TaC

L'anell guia de recobriment CVD TaC de Semixlab està dissenyat per al procés de creixement de monocristalls PVT SiC i utilitza tecnologia de deposició química de vapor (CVD) per formar un recobriment de carbur de tàntal (TaC) altament dens a la superfície d'un substrat de grafit d'alta puresa. El producte s'utilitza en el procés PVT per garantir la qualitat i l'eficiència del creixement de monocristalls SiC controlant amb precisió la distribució del camp tèrmic i la direcció del flux d'aire del forn de creixement de monocristalls SiC. Apte per a una varietat de sistemes de forns de creixement de monocristalls SiC convencionals i sistemes casolans, adequat per a altes temperatures (> 2000 °C) i atmosferes corrosives fortes.

El carbur de tàntal (TaC), com a representant típic de la ceràmica d'ultraalta temperatura, té un punt de fusió de 3880 ℃, una duresa Mohs de gairebé 10, una excel·lent conductivitat tèrmica (uns 22 W/m·K) i un baix coeficient d'expansió tèrmica (6.6 × 10-6 K-1), i el grau d'adaptació de l'expansió tèrmica amb el substrat de grafit és significativament millor que el del recobriment tradicional de SiC. El recobriment de TaC es va fer créixer en el rang de temperatura de 1373~1673 K mitjançant deposició química de vapor (CVD) utilitzant el sistema de reacció TaCl₅-C₃H₆-H₂-Ar, que va permetre un control precís del gruix del recobriment (50~300 μm), la mida del gra i el contingut de carboni lliure. Els resultats mostren que quan la temperatura de deposició arriba als 1573 K, el recobriment de TaC presenta una interfície de sinterització compacta sense esquerdes, i els grans formen una estructura contínua antiesquerdament mitjançant la unió metal·lúrgica. El nombre de cicles de resistència al xoc tèrmic és més de 5 vegades superior al del grafit sense recobriment. En el procés es va introduir un disseny de capa de transició de gradient, com ara l'estructura composta de TaC/Ta₂O, per alleujar encara més la tensió d'interfície entre el recobriment i el substrat i garantir que mantingui l'estabilitat geomètrica malgrat les fluctuacions de temperatura importants (>1000 °C/min).

En el forn de creixement PVT, l'anell deflector recobert de TaC CVD és responsable de guiar la via de transmissió en fase gasosa, mantenir el gradient de temperatura axial i suportar el cristall sembra i el gresol de matèria primera. Els components tradicionals de grafit reaccionen fàcilment amb el vapor de Si/C per formar carburs volàtils a altes temperatures, cosa que provoca erosió superficial i alliberament d'impureses, que afecten directament la puresa del cristall. A causa de la seva extrema inertitat química, el recobriment CVD de TaC presenta una reactivitat gairebé nul·la al Si, al vapor de C i als subproductes (com ara HCl) a 2300 ℃, bloquejant eficaçment la difusió d'impureses del substrat (Fe, Al i altres elements metàl·lics) a la interfície de creixement. Les dades mesurades mostren que després d'utilitzar l'anell guia de recobriment de TaC, la densitat de microtúbuls del monocristall de SiC de 6 polzades es redueix a <0.5 cm-2, i la uniformitat de la resistivitat augmenta fins a un ±3%, cosa que és especialment adequada per a la producció en massa de MOSFETs de SiC per sobre de 1200 V per a mòduls d'accionament elèctric de vehicles de nova energia.

Per adaptar-se als equips de creixement de monocristalls PVT SiC convencionals, l'anell guia de recobriment CVD TaC adopta un disseny modular. En optimitzar el cabal del precursor i la via de deposició, la desviació de la uniformitat del gruix del recobriment es controla dins del ±3%, fins i tot davant d'estructures de canals de flux complexes (com ara canals de gas en espiral, capes de medi porós), es pot aconseguir una cobertura total de la superfície. En comparació amb el recobriment tradicional per polvorització o sinterització, el procés CVD proporciona a la capa de TaC una microduresa de fins a 25 GPa i una resistència d'unió a la interfície de > 50 MPa. Després de 2000 hores de funcionament continu a alta temperatura, la taxa de pèrdua de qualitat del recobriment és inferior al 0.1%, cosa que allarga significativament el cicle de substitució de peces. Segons les estadístiques, la línia de producció de lingots de SiC que utilitza l'anell guia pot allargar el temps de creixement efectiu per forn a més de 120 hores, augmentar la capacitat de producció anual en aproximadament un 18% i reduir el temps d'inactivitat no planificat a causa de la fallada dels components en un 70%.

Control del gradient de temperatura del forn de creixement de monocristalls de SiC.

Guia d'expansió i creixement direccional del cristall de carbur de silici.

Rendiment a temperatures ultra altes: resistència a la temperatura del recobriment TaC fins a 2000 °C, l'estabilitat a altes temperatures és millor que el recobriment tradicional de SiC.

Forta resistència a la corrosió: excel·lent resistència a medis corrosius forts com el silici fos i el vapor de carboni.

Control precís del camp tèrmic: alta uniformitat del recobriment (mida de gra de 5-15 μm) per garantir la consistència del creixement del monocristall.

Disseny personalitzat: suporta el processament d'anells guia d'estructura complexa, adequat per a sistemes de creixement de forns monocristallins multimarca i autodissenyats.