Направляюче кільце з покриттям CVD TaC

Направляюче кільце Semixlab для покриття CVD TaC розроблене для процесу вирощування монокристалів SiC методом PVT та використовує технологію хімічного осадження з парової фази (CVD) для формування високощільного покриття з карбіду танталу (TaC) на поверхні високочистої графітової підкладки. Продукт використовується в процесі PVT для забезпечення якості монокристалів SiC та ефективності росту шляхом точного контролю розподілу теплового поля та напрямку повітряного потоку в печі для вирощування монокристалів SiC. Підходить для різноманітних поширених систем печей для вирощування монокристалів SiC та саморобних систем, підходить для високих температур (> 2000°C) та сильної агресивної атмосфери.

Карбід танталу (TaC), як типовий представник надвисокотемпературної кераміки, має температуру плавлення 3880℃, твердість за шкалою Мооса майже 10, відмінну теплопровідність (близько 22 Вт/м·K) та низький коефіцієнт теплового розширення (6.6×10⁻⁶ K⁻¹), а ступінь узгодження теплового розширення з графітовою підкладкою значно кращий, ніж у традиційного покриття SiC. Покриття TaC вирощувалося в діапазоні температур 1373~1673K методом хімічного осадження з парової фази (CVD) з використанням реакційної системи TaCl₅-C₃H₆-H₂-Ar, що дозволило точно контролювати товщину покриття (50~300 мкм), розмір зерна та вміст вільного вуглецю. Результати показують, що коли температура осадження досягає 1573K, покриття TaC утворює компактну поверхню спікання без тріщин, а зерна утворюють безперервну структуру, що запобігає відшаруванню, завдяки металургійному зв'язку. Кількість циклів термостійкості більш ніж у 5 разів вища, ніж у непокритого графіту. У процесі було впроваджено градієнтний перехідний шар, такий як композитна структура TaC/Ta₂O, для подальшого зменшення міжфазних напружень між покриттям і підкладкою та забезпечення збереження геометричної стабільності, незважаючи на значні коливання температури (>1000 °C/хв).

In the PVT growth furnace, the CVD TaC coated Deflector ring is responsible for guiding the gas phase transmission path, maintaining the axial temperature gradient, and supporting the seed crystal and the raw material crucible. Traditional graphite components are easy to react with Si/C vapor to form volatile carbides at high temperatures, resulting in surface erosion and release of impurities, which directly affect the purity of the crystal. Due to its extreme chemical inertness, CVD TaC coating exhibits near zero reactivity to Si, C vapor and byproducts (such as HCl) at 2300℃, effectively blocking the diffusion of substrate impurities (Fe, Al and other metal elements) to the growth interface. The measured data show that after the TaC coating guide ring is used, the microtubule density of 6-inch SiC single crystal is reduced to < 0.5cm-2, and the resistivity uniformity is increased to within ±3%, which is especially suitable for the mass production of SiC MOSFETs above 1200V for electric drive modules of new energy vehicles.

Щоб адаптуватися до основного обладнання для вирощування монокристалів SiC методом PVT, направляюче кільце CVD TaC має модульну конструкцію. Завдяки оптимізації швидкості потоку прекурсора та шляху осадження, відхилення однорідності товщини покриття контролюється в межах ±3%, навіть за умови складних структур каналів потоку (таких як спіральний газовий канал, пористий шар середовища) можна досягти повного покриття поверхні. Порівняно з традиційним напиленням або спеченим покриттям, процес CVD надає шару TaC мікротвердість до 25 ГПа та міцність міжфазного з'єднання > 50 МПа. Після 2000 годин безперервної роботи при високій температурі втрата якості покриття становить менше 0.1%, що значно подовжує цикл заміни деталей. Згідно зі статистикою, виробнича лінія злитків SiC з використанням направляючого кільця може подовжити ефективний час вирощування на піч до понад 120 годин, збільшити річну виробничу потужність приблизно на 18% та скоротити незапланований час простою через відмову компонентів на 70%.

Контроль градієнта температури печі для вирощування монокристалів SiC.

Розширення кристалів карбіду кремнію та керування спрямованим ростом.

Надвисокотемпературні характеристики: термостійкість покриття TaC до 2000°C, висока температурна стабільність краща, ніж у традиційного покриття SiC.

Сильна корозійна стійкість: Відмінна стійкість до сильних агресивних середовищ, таких як розплавлений кремній та вуглецева пара.

Точний контроль теплового поля: висока однорідність покриття (розмір зерна 5-15 мкм) для забезпечення стабільності росту монокристалів.

Індивідуальний дизайн: Підтримка обробки направляючих кілець складної структури, придатних для багатомаркових та самостійно розроблених систем вирощування монокристалічних печей.