سنگل کرسٹل بھٹیوں میں ٹی اے سی لیپت گریفائٹ حصوں کا اطلاق

کی درخواستٹی اے سی لیپت گریفائٹ حصےسنگل کرسٹل بھٹیوں میں

حصہ 1

فزیکل ویپر ٹرانسپورٹ (PVT) طریقہ استعمال کرتے ہوئے SiC اور AlN سنگل کرسٹل کی نشوونما میں، اہم اجزاء جیسے کروسیبل، سیڈ ہولڈر، اور گائیڈ کی انگوٹھی اہم کردار ادا کرتی ہے۔ جیسا کہ شکل 2 [1] میں دکھایا گیا ہے، PVT عمل کے دوران، بیج کرسٹل کو کم درجہ حرارت والے علاقے میں رکھا جاتا ہے، جبکہ SiC خام مال زیادہ درجہ حرارت (2400 ℃ سے اوپر) کے سامنے آتا ہے۔ یہ خام مال کے گلنے کی طرف جاتا ہے، جس سے SiXCy مرکبات پیدا ہوتے ہیں (بنیادی طور پر Si، SiC₂، Si₂C، وغیرہ)۔ بخارات کے مرحلے کے مواد کو پھر اعلی درجہ حرارت والے علاقے سے کم درجہ حرارت والے علاقے میں بیج کرسٹل تک پہنچایا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں بیجوں کے مرکزے، کرسٹل کی افزائش اور سنگل کرسٹل کی تخلیق ہوتی ہے۔ لہذا، اس عمل میں استعمال ہونے والے تھرمل فیلڈ میٹریل، جیسے کروسیبل، فلو گائیڈ رِنگ، اور سیڈ کرسٹل ہولڈر، کو SiC خام مال اور سنگل کرسٹل کو آلودہ کیے بغیر اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کا مظاہرہ کرنے کی ضرورت ہے۔ اسی طرح، AlN کرسٹل کی نمو میں استعمال ہونے والے حرارتی عناصر کو Al vapor اور N₂ سنکنرن کا مقابلہ کرنا چاہیے، جبکہ کرسٹل کی تیاری کے وقت کو کم کرنے کے لیے ایک اعلی eutectic درجہ حرارت (AlN کے ساتھ) بھی ہونا چاہیے۔

یہ دیکھا گیا ہے کہ SiC [2-5] اور AlN [2-3] کی تیاری کے لیے TaC کوٹیڈ گریفائٹ تھرمل فیلڈ میٹریل استعمال کرنے کے نتیجے میں کم سے کم کاربن (آکسیجن، نائٹروجن) اور دیگر نجاست کے ساتھ صاف ستھری مصنوعات برآمد ہوتی ہیں۔ یہ مواد ہر علاقے میں کم کنارے کے نقائص اور کم مزاحمتی صلاحیت کی نمائش کرتے ہیں۔ مزید برآں، مائیکرو پورس اور ایچنگ گڑھوں کی کثافت (KOH ایچنگ کے بعد) نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے، جس سے کرسٹل کے معیار میں خاطر خواہ بہتری آتی ہے۔ مزید برآں، TaC کروسیبل تقریباً صفر وزن میں کمی کا مظاہرہ کرتا ہے، غیر تباہ کن شکل کو برقرار رکھتا ہے، اور اسے ری سائیکل کیا جا سکتا ہے (200 گھنٹے تک کی عمر کے ساتھ)، اس طرح سنگل کرسٹل کی تیاری کے عمل کی پائیداری اور کارکردگی میں اضافہ ہوتا ہے۔

انجیر۔ 2. (a) PVT طریقہ سے SiC سنگل کرسٹل انگوٹ اگانے والے آلے کا اسکیمیٹک خاکہ

(b) اوپر TaC لیپت بیج بریکٹ (بشمول SiC بیج)

(c) ٹی اے سی لیپت گریفائٹ گائیڈ رنگ

MOCVD GaN ایپیٹیکسیل لیئر گروتھ ہیٹر

حصہ 2

MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition) GaN گروتھ کے میدان میں، آرگنومیٹالک سڑنے والے رد عمل کے ذریعے پتلی فلموں کے بخارات کی افزائش کے لیے ایک اہم تکنیک، ہیٹر ری ایکشن چیمبر کے اندر درست درجہ حرارت کنٹرول اور یکسانیت حاصل کرنے میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ جیسا کہ تصویر 3 (a) میں دکھایا گیا ہے، ہیٹر کو MOCVD آلات کا بنیادی جزو سمجھا جاتا ہے۔ اس کی توسیعی مدت میں سبسٹریٹ کو تیزی سے اور یکساں طور پر گرم کرنے کی صلاحیت (بار بار کولنگ سائیکل سمیت)، اعلی درجہ حرارت (گیس کے سنکنرن کے خلاف مزاحمت)، اور فلم کی پاکیزگی کو برقرار رکھنے کی صلاحیت براہ راست فلم کے جمع ہونے کے معیار، موٹائی کی مستقل مزاجی، اور چپ کی کارکردگی کو متاثر کرتی ہے۔

MOCVD GaN گروتھ سسٹمز میں ہیٹر کی کارکردگی اور ری سائیکلنگ کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے، TaC کوٹڈ گریفائٹ ہیٹر کا تعارف کامیاب رہا ہے۔ پی بی این (پائرولائٹک بوران نائٹرائڈ) کوٹنگز کا استعمال کرنے والے روایتی ہیٹروں سے متصادم، TaC ہیٹر کے استعمال سے اگنے والی GaN ایپیٹیکسیل تہوں میں تقریباً ایک جیسے کرسٹل ڈھانچے، موٹائی یکسانیت، اندرونی خرابی کی تشکیل، ناپاک ڈوپنگ، اور آلودگی کی سطح کی نمائش ہوتی ہے۔ مزید یہ کہ، ٹی اے سی کوٹنگ کم مزاحمتی اور کم سطح کے اخراج کو ظاہر کرتی ہے، جس کے نتیجے میں ہیٹر کی کارکردگی اور یکسانیت میں بہتری آتی ہے، اس طرح بجلی کی کھپت اور گرمی کا نقصان کم ہوتا ہے۔ عمل کے پیرامیٹرز کو کنٹرول کرتے ہوئے، ہیٹر کی تابکاری کی خصوصیات کو مزید بڑھانے اور اس کی عمر کو بڑھانے کے لیے کوٹنگ کی پوروسیٹی کو ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے [5]۔ یہ فوائد TaC کوٹڈ گریفائٹ ہیٹر کو MOCVD GaN گروتھ سسٹمز کے لیے ایک بہترین انتخاب کے طور پر قائم کرتے ہیں۔

انجیر۔ 3. (a) GaN ایپیٹیکسیل نمو کے لیے MOCVD ڈیوائس کا اسکیمیٹک خاکہ

(b) MOCVD سیٹ اپ میں نصب مولڈڈ TAC-کوٹڈ گریفائٹ ہیٹر، بیس اور بریکٹ کو چھوڑ کر (ہیٹنگ میں بیس اور بریکٹ کو ظاہر کرنے والی مثال)

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

لیپت سسپٹر برائے ایپیٹیکسی (وفر کیریئر)

حصہ/3

ویفر کیریئر، تھرڈ کلاس سیمی کنڈکٹر ویفرز جیسے کہ SiC، AlN، اور GaN کی تیاری میں استعمال ہونے والا ایک اہم ساختی جزو، epitaxial wafer کی نمو کے عمل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ عام طور پر گریفائٹ سے بنا، ویفر کیریئر کو 1100 سے 1600 ° C کے اپیٹیکسیل درجہ حرارت کی حد میں پروسیس گیسوں سے سنکنرن کے خلاف مزاحمت کرنے کے لیے SiC کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے۔ حفاظتی کوٹنگ کی سنکنرن مزاحمت ویفر کیریئر کی عمر کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اعلی درجہ حرارت امونیا کے سامنے آنے پر TaC SIC کے مقابلے میں تقریباً 6 گنا کم سنکنرن کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت والے ہائیڈروجن ماحول میں، TaC کی سنکنرن کی شرح SiC سے بھی 10 گنا زیادہ سست ہے۔

تجرباتی شواہد نے ثابت کیا ہے کہ TaC کے ساتھ لیپت ٹرے نیلی روشنی کے GaN MOCVD کے عمل میں بغیر کسی نجاست کو متعارف کرائے بہترین مطابقت کی نمائش کرتی ہیں۔ محدود عمل کی ایڈجسٹمنٹ کے ساتھ، TaC کیریئرز کا استعمال کرتے ہوئے اگائے جانے والے LEDs روایتی SiC کیریئرز کے استعمال سے اگائے جانے والے مقابلے کی کارکردگی اور یکسانیت کو ظاہر کرتے ہیں۔ نتیجتاً، TaC-کوٹیڈ ویفر کیریئرز کی سروس لائف ان کوٹیڈ اور SiC-کوٹیڈ گریفائٹ کیریئرز سے زیادہ ہے۔

اعداد و شمار۔ GaN epitaxial grown MOCVD ڈیوائس (Veeco P75) میں استعمال کے بعد ویفر ٹرے۔ بائیں طرف والا ٹی اے سی کے ساتھ لیپت ہے اور دائیں طرف سی سی کے ساتھ لیپت ہے۔

عام تیاری کا طریقہٹی اے سی لیپت گریفائٹ حصے

حصہ 1

CVD (کیمیائی بخارات جمع کرنے) کا طریقہ:

900-2300℃ پر، TaCl5 اور CnHm کو ٹینٹلم اور کاربن کے ذرائع کے طور پر استعمال کرنا، H₂ کو ماحول کو کم کرنے کے طور پر، Ar₂as کیریئر گیس، رد عمل جمع کرنے والی فلم۔ تیار شدہ کوٹنگ کمپیکٹ، یکساں اور اعلی پاکیزگی کی ہے۔ تاہم، کچھ مسائل ہیں جیسے کہ پیچیدہ عمل، مہنگی لاگت، مشکل ہوا کے بہاؤ کو کنٹرول کرنا اور کم جمع کرنے کی کارکردگی۔

حصہ 2

سلری sintering طریقہ:

کاربن سورس، ٹینٹلم سورس، ڈسپرسنٹ اور بائنڈر پر مشتمل گارا گریفائٹ پر لیپت کیا جاتا ہے اور خشک ہونے کے بعد اعلی درجہ حرارت پر سینٹر کیا جاتا ہے۔ تیار شدہ کوٹنگ باقاعدہ واقفیت کے بغیر اگتی ہے، اس کی قیمت کم ہے اور بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں ہے۔ بڑے گریفائٹ پر یکساں اور مکمل کوٹنگ حاصل کرنے، سپورٹ کے نقائص کو ختم کرنے اور کوٹنگ بانڈنگ فورس کو بڑھانے کے لیے اس کی تلاش باقی ہے۔

حصہ/3

پلازما چھڑکنے کا طریقہ:

TaC پاؤڈر کو پلازما آرک کے ذریعے ہائی درجہ حرارت پر پگھلا دیا جاتا ہے، تیز رفتار جیٹ کے ذریعے اعلی درجہ حرارت کی بوندوں میں ایٹمائز کیا جاتا ہے، اور گریفائٹ مواد کی سطح پر اسپرے کیا جاتا ہے۔ غیر ویکیوم کے تحت آکسائڈ پرت بنانا آسان ہے، اور توانائی کی کھپت بڑی ہے.

TaC لیپت گریفائٹ حصوں کو حل کرنے کی ضرورت ہے

حصہ 1

پابند قوت:

TaC اور کاربن مواد کے درمیان تھرمل ایکسپینشن گتانک اور دیگر طبعی خصوصیات مختلف ہیں، کوٹنگ بانڈنگ کی طاقت کم ہے، دراڑ، چھیدوں اور تھرمل تناؤ سے بچنا مشکل ہے، اور کوٹنگ کو اصل ماحول میں چھیلنا آسان ہے جس میں سڑ اور بار بار اٹھنے اور ٹھنڈا کرنے کا عمل۔

حصہ 2

طہارت:

اعلی درجہ حرارت کے حالات میں نجاست اور آلودگی سے بچنے کے لیے TaC کوٹنگ کو انتہائی اعلیٰ پاکیزگی کی ضرورت ہے، اور مکمل کوٹنگ کی سطح پر اور اندر موجود آزاد کاربن اور اندرونی نجاست کے موثر مواد کے معیارات اور خصوصیات کے معیارات پر اتفاق کرنا ضروری ہے۔

حصہ/3

استحکام:

اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت اور 2300℃ سے اوپر کیمیائی ماحول کی مزاحمت کوٹنگ کے استحکام کو جانچنے کے لیے سب سے اہم اشارے ہیں۔ پن ہولز، دراڑیں، گمشدہ کونوں، اور سنگل اورینٹیشن گرین باؤنڈریز سے سنکنرن گیسوں کو گریفائٹ میں گھسنا اور گھسنا آسان ہے، جس کے نتیجے میں کوٹنگ پروٹیکشن ناکام ہو جاتا ہے۔

حصہ/4

آکسیکرن مزاحمت:

TaC جب 500 ℃ سے اوپر ہوتا ہے تو Ta2O5 میں آکسائڈائز ہونا شروع ہوتا ہے، اور درجہ حرارت اور آکسیجن کے ارتکاز میں اضافے کے ساتھ آکسیکرن کی شرح تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ سطح کا آکسیکرن اناج کی حدود اور چھوٹے دانوں سے شروع ہوتا ہے، اور آہستہ آہستہ کالمی کرسٹل اور ٹوٹے ہوئے کرسٹل بناتا ہے، جس کے نتیجے میں بڑی تعداد میں خلا اور سوراخ ہوتے ہیں، اور آکسیجن کی دراندازی اس وقت تک تیز ہوتی جاتی ہے جب تک کہ کوٹنگ چھن نہ جائے۔ نتیجے میں آکسائڈ کی تہہ میں خراب تھرمل چالکتا اور مختلف قسم کے رنگ ہوتے ہیں۔

حصہ/5

یکسانیت اور کھردری:

کوٹنگ کی سطح کی غیر مساوی تقسیم مقامی تھرمل تناؤ کے ارتکاز کا باعث بن سکتی ہے، جس سے کریکنگ اور سپلنگ کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، سطح کی کھردری کوٹنگ اور بیرونی ماحول کے درمیان تعامل کو براہ راست متاثر کرتی ہے، اور بہت زیادہ کھردری آسانی سے ویفر اور ناہموار تھرمل فیلڈ کے ساتھ بڑھتے ہوئے رگڑ کا باعث بنتی ہے۔

حصہ/6

اناج کا سائز:

یکساں اناج کا سائز کوٹنگ کے استحکام میں مدد کرتا ہے۔ اگر اناج کا سائز چھوٹا ہے تو، بانڈ تنگ نہیں ہے، اور اسے آکسائڈائز اور خراب کرنا آسان ہے، جس کے نتیجے میں دانے کے کنارے میں بڑی تعداد میں دراڑیں اور سوراخ ہو جاتے ہیں، جو کوٹنگ کی حفاظتی کارکردگی کو کم کر دیتا ہے۔ اگر اناج کا سائز بہت بڑا ہے، تو یہ نسبتاً کھردرا ہے، اور کوٹنگ کو تھرمل دباؤ کے تحت پھٹنا آسان ہے۔

نتیجہ اور امکان

عام طور پر،ٹی اے سی لیپت گریفائٹ حصےمارکیٹ میں ایک بہت بڑی مانگ اور درخواست کے امکانات کی ایک وسیع رینج ہے، موجودہٹی اے سی لیپت گریفائٹ حصےمینوفیکچرنگ مین سٹریم CVD TaC اجزاء پر انحصار کرنا ہے۔ تاہم، CVD TaC پروڈکشن آلات کی زیادہ لاگت اور جمع کرنے کی محدود کارکردگی کی وجہ سے، روایتی SiC کوٹڈ گریفائٹ مواد کو مکمل طور پر تبدیل نہیں کیا گیا ہے۔ sintering طریقہ مؤثر طریقے سے خام مال کی لاگت کو کم کر سکتا ہے، اور گریفائٹ حصوں کی پیچیدہ شکلوں کو اپنا سکتا ہے، تاکہ زیادہ مختلف درخواست کے منظرناموں کی ضروریات کو پورا کیا جا سکے.