Vodicí kroužek povlaku CVD TaC

Vodicí kroužek povlaku CVD TaC od společnosti Semixlab je navržen pro proces růstu monokrystalů SiC metodou PVT a využívá technologii chemické depozice z plynné fáze (CVD) k vytvoření vysoce hustého povlaku karbidu tantalu (TaC) na povrchu vysoce čistého grafitového substrátu. Produkt se používá v procesu PVT k zajištění kvality monokrystalů SiC a účinnosti růstu přesným řízením rozložení tepelného pole a směru proudění vzduchu v peci pro růst monokrystalů SiC. Vhodný pro řadu běžných systémů pecí pro růst monokrystalů SiC i pro domácí systémy, vhodný pro vysoké teploty (> 2000 °C) a silnou korozivní atmosféru.

Karbid tantalu (TaC), jako typický zástupce ultravysokoteplotní keramiky, má bod tání 3880 ℃, tvrdost podle Mohse téměř 10, vynikající tepelnou vodivost (přibližně 22 W/m·K) a nízký koeficient tepelné roztažnosti (6.6×10-6 K-1) a stupeň tepelné roztažnosti odpovídající grafitovému substrátu je výrazně lepší než u tradičního SiC povlaku. Povlak TaC byl vytvořen v teplotním rozmezí 1373~1673 K chemickým nanášením z plynné fáze (CVD) za použití reakčního systému TaCl₅-C₃H₆-H₂-Ar, což umožnilo přesné řízení tloušťky povlaku (50~300 μm), velikosti zrn a obsahu volného uhlíku. Výsledky ukazují, že když teplota nanášení dosáhne 1573 K, povlak TaC vykazuje kompaktní slinovací rozhraní bez trhlin a zrna tvoří prostřednictvím metalurgického spojení souvislou strukturu proti odlupování. Počet cyklů tepelné odolnosti je více než 5krát vyšší než u nepovlakovaného grafitu. V procesu byla zavedena gradientní přechodová vrstva, jako je kompozitní struktura TaC/Ta₂O, která dále zmírňuje mezifázové napětí mezi povlakem a substrátem a zajišťuje udržení geometrické stability i přes silné teplotní výkyvy (>1000 °C/min).

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.

Aby se přizpůsobil běžnému zařízení pro růst monokrystalů SiC metodou PVT, zaujímá vodicí kroužek CVD TaC modulární konstrukci. Optimalizací průtoku prekurzoru a dráhy nanášení je odchylka rovnoměrnosti tloušťky povlaku kontrolována v rozmezí ±3 %, a to i v případě složitých struktur průtokových kanálů (jako je spirálový plynový kanál, porézní vrstva média) a lze dosáhnout pokrytí celého povrchu. Ve srovnání s tradičním nástřikovým nebo slinutým povlakem dává CVD proces vrstvě TaC mikrotvrdost až 25 GPa a pevnost spoje na rozhraní > 50 MPa. Po 2000 hodinách nepřetržitého provozu za vysokých teplot je míra ztráty kvality povlaku menší než 0.1 %, což výrazně prodlužuje cyklus výměny dílů. Podle statistik může výrobní linka SiC ingotů s vodicím kroužkem prodloužit efektivní dobu růstu na pec na více než 120 hodin, zvýšit roční výrobní kapacitu přibližně o 18 % a snížit neplánované prostoje v důsledku selhání součástí o 70 %.

Řízení teplotního gradientu v peci pro růst monokrystalů SiC.

Rozpínání krystalů karbidu křemíku a směrové navádění růstu.

Výkon při extrémně vysokých teplotách: Teplotní odolnost povlaku TaC až do 2000 °C, vysoká teplotní stabilita je lepší než u tradičního povlaku SiC.

Silná odolnost proti korozi: Vynikající odolnost vůči silným korozivním médiím, jako je roztavený křemík a uhlíkové páry.

Přesné řízení tepelného pole: vysoká rovnoměrnost povlaku (velikost zrna 5–15 μm) pro zajištění konzistence růstu monokrystalů.

Zakázkový design: Podpora zpracování vodicích kroužků s komplexní strukturou, vhodná pro víceznačkové a samostatně navržené systémy růstu monokrystalických pecí.