Çoxsaylı karbon materialları arasında pirolitik qrafit yüksək idarə olunan laylı quruluşu və həddindən artıq anizotropiyası ilə seçilir. Təbii qrafitdən fərqli olaraq, pirolitik qrafit birbaşa minerallardan əldə edilmir. Bunun əvəzinə o, yüksək temperaturda kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) vasitəsilə istehsal olunur, burada karbohidrogen qazları parçalanır və 2000°C-dən yuxarı temperaturda karbon atomlarının təbəqələrinə yerləşdirilir, nəticədə yüksək oriyentasiyalı və son dərəcə təmiz süni qrafit strukturu əldə edilir. Bu dəqiq idarə olunan hazırlıq üsulu ona təbii qrafitlə müqayisə olunmayan istilik keçiriciliyi, elektrik keçiriciliyi və maqnit reaksiyası kimi əsas xüsusiyyətlərdə oriyentasiyadan asılı xüsusiyyətləri nümayiş etdirməyə imkan verir.

I. Pirolitik Qrafit nədir?

Pirolitik qrafit yüksək temperaturda pirolitik buxar çökmə (CVD) prosesi ilə hazırlanmış yüksək yönümlü karbon materialıdır. O, adətən yüksək temperatur (adətən >2000℃) və aşağı təzyiq şəraitində karbon atomlarını parçalamaq və yerləşdirmək üçün karbohidrogen qazlarından (metan kimi) istifadə edir. Bu atomlar daha sonra karbon təbəqələrinin yüksək nizamlı düzülməsini təmin etmək üçün yüksək temperaturda tavlamaya məruz qalır və nəticədə son dərəcə yüksək oriyentasiyaya malik qrafit strukturu əldə edilir.

II. Yarımkeçirici Proseslərdə Pirolitik Qrafitin (PG) üstünlükləri

1. İon İmplantasiyası:

İon implantasiyası prosesində PG ilk növbədə yüksək dəqiqlikli qapılar (torlar) və elektrodların istehsalı üçün istifadə olunur.

●İon İmplantasiya Müqaviməti: İon şüaları son dərəcə yüksək enerjiyə malikdir. Ənənəvi molibden (Mo) və ya volfram (W) qapıları uzun müddətli ion bombardmanı altında fiziki püskürməyə məruz qalacaq. Bu, yalnız qapının özünü incəlməsinə və deformasiyasına səbəb olmur, həm də püskürən metal atomları da metal çirklənməsinin ciddi mənbəyinə çevrilir. PG püskürən korroziyaya qarşı son dərəcə güclü müqavimət göstərir (çox aşağı aşındırma dərəcəsi) və onun xidmət müddəti adətən metal komponentlərdən bir neçə dəfədir.

●Təkmilləşdirilmiş Şüa Cərəyanının Dəqiqliyi: PG aşınmaya davamlı olduğundan, qapının apertura ölçüsü uzun müddət ərzində sabit qala bilər. Bu, ion şüasının fokusunun və bucağının uzun müddət ərzində sabit qalmasını təmin edir ki, bu da implantasiya bucağı tələblərinin olduqca yüksək olduğu qabaqcıl proseslər (məsələn, 7nm və 5nm) üçün çox vacibdir.

●Əla İstilik İdarəetmə: PG-nin son dərəcə yüksək müstəvidaxili istilik keçiriciliyindən istifadə edərək (təxminən 4-5 misdən 4-5 dəfə) o, müstəvi boyunca ion bombardmanı nəticəsində yaranan istiliyi sürətlə dağıta, lokal həddən artıq istiləşmə və deformasiyanın qarşısını ala bilər.

2. MOCVD və Epitaksiya: Əsasən Substrat örtüyü üçün istifadə olunur

LED istehsalında (GaN prosesi) və ya silikon epitaksial proseslərdə ən çox istifadə edilən qrafit substratı (Suseptor) səthindəki orijinal qrafit deyil, adətən sıx PG və ya SiC təbəqəsi ilə örtülür.

●Möhürləyici: İzostatik preslənmiş qrafit sıx olmasına baxmayaraq, hələ də mikroskopik olaraq məsaməli, qazları asanlıqla adsorbsiya edir və yüksək temperaturda hissəcikləri və ya çirkləri buraxır. CVD vasitəsilə çökdürülmüş PG örtüyü nəzəri sıxlığa yaxın bir sıxlığa nail olur, qrafit matrisini tamamilə möhürləyir, qrafit hissəciklərinin düşməsinin və vafli çirklənməsinin qarşısını alır, həmçinin qrafit içərisindən çirkli qazların buraxılmasının qarşısını alır.

●Kimyəvi Korroziyaya Müqavimət: MOCVD prosesində çoxlu miqdarda ammonyak (NH3) və son dərəcə aşındırıcı olan metal-üzvi mənbələrdən istifadə edilir. PG təbəqəsi kimyəvi cəhətdən son dərəcə inertdir, daxili qrafit substratını korroziyadan effektiv şəkildə qoruyur.

●Qara cisim Radiasiyası və Temperaturun vahidliyi: PG infraqırmızı termometriyanın dəqiqliyinə töhfə verən əla qara cisim şüalanma xüsusiyyətlərinə malikdir. Onun üstün istilik keçiriciliyi həm də epitaksial təbəqənin qalınlığını və kompozisiya vahidliyini birbaşa təyin edərək, substratın daha vahid səth temperaturunu təmin etməyə kömək edir.

3. Yüksək temperaturlu qızdırıcılar:

PBN/PG kompozit qızdırıcıları çox vaxt yüksək təmizlik tələbləri olan PVD və ya CVD kameralarında tapılır. Bu qızdırıcılar ənənəvi metal naqillərdən istifadə etmir, əksinə istilik müqaviməti təbəqəsi kimi PG-dən istifadə edirlər.

●Ultra Təmiz Qızdırma Elementi: Metal qızdırıcı elementlər yüksək temperaturda metal çirklərini uçurmağa meyllidirlər. Pirolitik Qrafit özü karbondur, saflığı 99.999%-dən çoxdur. Hətta az miqdarda uçuculaşma olsa da, karbon yarımkeçirici proseslərdə (qızıl, mis, dəmir və s. ilə müqayisədə) nisbətən "dost" elementdir və metalın çirklənməsi riskini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

●Ultra-Sürətli Cavab: PG qızdırıcıları çox kiçik istilik tutumuna malikdir, nəticədə son dərəcə sürətli isitmə və soyutma sürətləri (termal reaksiya). Bu, sürətli istilik dövriyyəsi (RTP) tələb edən proseslər üçün çox sərfəlidir və ötürmə qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.

●Xüsusiləşdirilmiş Temperatur Sahəsi: PG təbəqəsinin dövrə yolunu (ilan naqilləri) layihələndirməklə, temperatur sahəsinin paylanması son dərəcə yüksək vafli temperatur vahidliyinə nail olmaqla, boşluq kənarlarında istilik itkisini kompensasiya etmək üçün dəqiq tərtib edilə bilər.

4. Plazma Etch: "Az itkili" Elektrodlar

Quru aşındırmada, xüsusilə flüor və ya xlor əsaslı qazların daxil olduğu yüksək korroziyalı mühitlərdə.

●İstehlak materiallarının dəyişdirilməsi: Tək kristal silisium və ya SiC elektrodlar kimi də istifadə edilsə də, müəyyən fərdiləşdirilmiş proseslərdə PG-dən hazırlanmış fokus halqaları və ya elektrod lövhələri, sıxlığı və kimyəvi müqavimətinə görə, dəyişdirmə tezliyini azalda və Sahiblik Xərclərini (CoO) azalda bilər.

III. Pirolitik Qrafitin Yarımkeçirici Proseslərdə Tətbiqləri

Pirolitik qrafit (PG) yüksək təmizliyə, yüksək temperaturda dayanıqlığa, son dərəcə aşağı qaz keçiriciliyinə, əla istilik keçiriciliyinə və idarə olunan anizotropiyasına görə yarımkeçirici avadanlıqlarda əvəzolunmaz karbon əsaslı materiala çevrilmişdir. Bir çox kritik proses mühitlərində (yüksək temperatur, vakuum, plazma, aşındırıcı qazlar) metallar və ya keramika ilə müqayisədə PG daha yüksək sabitlik və daha az çirklənmə riski təklif edir və buna görə də yarımkeçirici vafli emal avadanlıqlarında və istehlak materiallarında geniş istifadə olunur.

1. CVD/PECVD/MOCVD Avadanlığında tətbiqlər

①Qızdırıcı Substrat və Termal Homogenləşdirmə Komponentləri

Pirolitik Qrafit (PG) yüksək temperaturlu qızdırıcı lövhə və ya arxa lövhə materialı kimi istifadə edilə bilər.

●MOCVD epitaksial böyümə reaksiya kamerasında sseptor

●Yüksək temperaturlu CVD sobalarında qızdırıcı elementin dayaq quruluşu

②Suseptor Örtük Substratı

Bir çox MOCVD prosesində SiC ilə örtülmüş Pirolitik Qrafit istifadə olunur.

Pirolitik Qrafitin üstünlükləri:

●SiC örtüyünün sabitliyini təmin edən aşağı qaz keçiriciliyi

●Yüksək temperaturda deformasiya yoxdur, vafli temperaturun sabit paylanmasını təmin edir

●Yüngül, fırlanan sistemlərin ətalətini azaldır

Pirolitik qrafit örtüklü pota

2. Aşınma Avadanlıqlarında Tətbiqlər

Boşluğun astarlanması və reaksiya zonasının struktur komponentləri

Pirolitik Qrafit plazma mühitində əla korroziyaya davamlılıq və yüksək temperaturda dayanıqlıq nümayiş etdirir, bu da onu reaksiya kamerasının astar materialı və ya istehlak materialı kimi uyğun edir:

●RIE, ICP reaksiya kamerası komponentləri

●Plazma pərdələr, reflektorlar

●Elektrod arxa lövhələri və ya izolyasiya komponentləri (dizayndan asılı olaraq)

3. Yüksək temperaturda tavlama və istilik müalicəsində tətbiqlər

Pirolitik qrafit bir çox yüksək temperaturlu istilik müalicəsi sobalarında (>1000°C) əsas komponent materialdır, o cümlədən:

●Rapid Thermal Processing (RTP)

●Silikon Karbid (SiC) Epitaksial Fırınlar

●Yüksək Temperaturlu Tavlama Ocaqları

●Qrafit qayıqlar və qurğular

4. Gofret Yükləmə/Transfer və Armaturlarda Tətbiqlər

PG yüksək təmizliyi və aşağı hissəciklərlə çirklənməsi səbəbindən aşağıdakı komponentlərdə geniş istifadə olunur:

●Vaffli qranul

●Vafli daşıyıcı/qayıq

●Kənar Üzük

●Qaz axını tıxanması

PG yüksək temperaturlu epitaksiya və ya kimyəvi reaksiya mühitlərində vafli dayaqlar üçün xüsusilə uyğundur.

5. İon implantasiyasında tətbiqlər

Pirolitik qrafit aşağıdakı kimi istifadə olunur:

●Şüa dayanması

●Kolimator

●Yüksək enerjili ion udma komponentləri

6. Litoqrafiya sistemlərində potensial tətbiqlər

Birbaşa optik komponentlər kimi daha az istifadə olunsa da, Pirolitik Qrafit də aşağıdakılarda istifadə olunur:

●Yüksək udma qabiliyyətinə malik boş işıq tələləri

●Optik sistemlər üçün istilik nəzarət strukturları

Mükəmməl qara cisim udma xüsusiyyətlərinə görə o, küçə işığını effektiv şəkildə yatıra bilir.