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TaC-Beschichtungstiegel für AlN-Kristallwachstum

2023-10-16

Die dritte Generation von Halbleitermaterialien AlN gehört zu den Halbleitern mit direkter Bandlücke. Seine Bandbreite von 6,2 eV mit hoher Wärmeleitfähigkeit, spezifischem Widerstand, Durchbruchfeldstärke sowie ausgezeichneter chemischer und thermischer Stabilität ist nicht nur ein wichtiges Material für blaues Licht und ultraviolettes Licht oder elektronische Geräte und integrierte Schaltkreise, wichtige Verpackungs-, dielektrische Isolations- und Isoliermaterialien, insbesondere für Hochtemperatur-Hochleistungsgeräte. Darüber hinaus weisen AlN und GaN eine gute thermische und chemische Kompatibilität auf. Wenn AlN als epitaktisches GaN-Substrat verwendet wird, kann es die Defektdichte in GaN-Geräten erheblich reduzieren und die Geräteleistung verbessern.



Gegenwärtig besteht weltweit die Möglichkeit, AlN-Barren mit einem Durchmesser von 2 Zoll zu züchten, aber es gibt noch viele Probleme, die bei der Züchtung größerer Kristalle gelöst werden müssen, und das Tiegelmaterial ist eines der Probleme.


Die PVT-Methode des AlN-Kristallwachstums in einer Hochtemperaturumgebung, AlN-Vergasung, Gasphasentransport und Rekristallisationsaktivitäten werden in relativ geschlossenen Tiegeln durchgeführt, sodass hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und lange Lebensdauer zu wichtigen Indikatoren für Tiegelmaterialien geworden sind AlN-Kristallwachstum.


Derzeit verfügbare Tiegelmaterialien sind hauptsächlich feuerfestes Metall W und TaC-Keramik. W-Tiegel haben aufgrund ihrer langsamen Reaktion mit AlN und der Karbonisierungserosion in Öfen mit C-Atmosphäre eine kurze Tiegellebensdauer. Derzeit konzentrieren sich die echten AlN-Kristallwachstumstiegelmaterialien hauptsächlich auf TaC-Materialien, eine binäre Verbindung mit dem höchsten Schmelzpunkt und hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften, wie z. B. hohem Schmelzpunkt (3.880 ℃) und hoher Vickers-Härte (> 9,4). GPa) und hoher Elastizitätsmodul; Es verfügt über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen chemische Korrosion (nur gelöst in einer Mischlösung aus Salpetersäure und Flusssäure). Die Anwendung von TaC im Tiegel erfolgt in zwei Formen: zum einen als TaC-Tiegel selbst und zum anderen als Schutzbeschichtung des Graphittiegels.


Der TaC-Tiegel bietet die Vorteile einer hohen Kristallreinheit und eines geringen Qualitätsverlusts, der Tiegel ist jedoch schwierig zu formen und mit hohen Kosten verbunden. Der TaC-beschichtete Graphittiegel, der die einfache Verarbeitung von Graphitmaterial und die geringe Verunreinigung des TaC-Tiegels kombiniert, wurde von den Forschern bevorzugt und erfolgreich für das Wachstum von AlN- und SiC-Kristallen eingesetzt. Durch die weitere Optimierung des TaC-Beschichtungsprozesses und die Verbesserung der Beschichtungsqualität wurde dieTaC-beschichteter Graphittiegelwird die erste Wahl für einen AlN-Kristallwachstumstiegel sein, der für die Reduzierung der Kosten des AlN-Kristallwachstums von großem Forschungswert ist.