Көптеген көміртекті материалдардың ішінде пиролитикалық графит өзінің жоғары бақыланатын қабатты құрылымымен және экстремалды анизотропиясымен ерекшеленеді. Табиғи графиттен айырмашылығы, пиролитикалық графит минералдардан тікелей алынбайды. Оның орнына ол көмірсутек газдары ыдырап, 2000°C-тан жоғары температурада көміртек атомдарының қабаттарына орналасатын жоғары температуралы химиялық бу тұндыру (CVD) арқылы өндіріледі, нәтижесінде жоғары бағдарланған және өте таза жасанды графит құрылымы пайда болады. Бұл дәл бақыланатын дайындау әдісі жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік және магниттік жауап сияқты негізгі қасиеттерде табиғи графитпен теңдессіз сипаттамаларда бағдарға тәуелді сипаттамаларды көрсетуге мүмкіндік береді.

I. Пиролиттік графит дегеніміз не?

Пиролиттік графит - жоғары температурада пиролитикалық бу тұндыру (CVD) процесі арқылы дайындалған жоғары бағдарланған көміртекті материал. Ол әдетте көмірсутек газдарын (мысалы, метан) жоғары температура (әдетте >2000℃) және төмен қысым жағдайында көміртегі атомдарын ыдырату және тұндыру үшін пайдаланады. Бұл атомдар көміртегі қабаттарының жоғары реттелген орналасуын қамтамасыз ету үшін жоғары температурада жасытуға ұшырайды, нәтижесінде өте жоғары бағдарланған графит құрылымы пайда болады.

II. Жартылай өткізгіш процестердегі пиролитикалық графиттің (PG) артықшылықтары

1. Иондық имплантация:

Иондарды имплантациялау процесінде PG негізінен жоғары дәлдіктегі қақпалар (торлар) мен электродтарды өндіру үшін қолданылады.

●Иондық имплантацияға қарсылық: Иондық сәулелердің энергиясы өте жоғары. Дәстүрлі молибден (Mo) немесе вольфрам (W) қақпалары ұзақ иондық бомбалау кезінде физикалық шашырауға ұшырайды. Бұл қақпаның өзін жұқартып, деформациялауға әкеліп қана қоймайды, сонымен қатар шашыраған металл атомдары да металды ластаудың елеулі көзіне айналады. PG тозаңдану коррозиясына өте күшті қарсылық көрсетеді (өте төмен өңдеу жылдамдығы) және оның қызмет ету мерзімі әдетте металл компоненттерінен бірнеше есе көп.

●Жақсартылған сәулелік ток дәлдігі: PG тозуға төзімді болғандықтан, қақпаның апертура өлшемі ұзақ уақыт бойы тұрақты болуы мүмкін. Бұл ион сәулесінің фокусы мен бұрышының ұзақ уақыт бойы тұрақты болып қалуын қамтамасыз етеді, бұл имплантация бұрышының талаптары өте жоғары болатын озық процестер (7нм және 5нм сияқты) үшін өте маңызды.

●Тамаша жылуды басқару: PG-ның өте жоғары жазықтықтағы жылу өткізгіштігін (мысқа қарағанда шамамен 4-5 есе) пайдалана отырып, ол иондық бомбалау нәтижесінде пайда болған жылуды жазықтықта жылдам таратып, жергілікті қызып кету мен деформацияны болдырмайды.

2. MOCVD және эпитаксия: негізінен субстратты жабу үшін қолданылады

Жарықдиодты өндірісте (GaN процесі) немесе кремний эпитаксиалды процестерінде ең жиі қолданылатын графиттік субстрат (Susceptor) оның бетіндегі бастапқы графит емес, әдетте PG немесе SiC тығыз қабатымен жабылған.

●Тығыздағыш: изостатикалық түрде басылған графит тығыз болғанымен, ол әлі де микроскопиялық кеуекті, газдарды оңай адсорбциялайды және жоғары температурада бөлшектерді немесе қоспаларды шығарады. CVD арқылы тұндырылған PG жабыны теориялық тығыздыққа жақын тығыздыққа қол жеткізеді, графит матрицасын толығымен жабады, графит бөлшектерінің құлауын және пластинаны ластауды болдырмайды, сонымен қатар графит ішінен қоспа газдарының шығуын болдырмайды.

●Химиялық коррозияға төзімділік: MOCVD процесі өте коррозиялық болып табылатын аммиак (NH3) мен металл-органикалық көздердің көп мөлшерін пайдаланады. PG қабаты химиялық тұрғыдан өте инертті, ішкі графит астарын коррозиядан тиімді қорғайды.

●Қара дененің сәулеленуі және температураның біркелкілігі: PG инфрақызыл термометрияның дәлдігіне ықпал ететін тамаша қара дененің сәулелену сипаттамаларына ие. Оның жоғары жылу өткізгіштігі сонымен қатар эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы мен композициялық біркелкілігін тікелей анықтай отырып, субстрат бетінің біркелкі температурасын қамтамасыз етуге көмектеседі.

3. Жоғары температуралық жылытқыштар:

PBN/PG композиттік жылытқыштары өте жоғары тазалық талаптары бар PVD немесе CVD камераларында жиі кездеседі. Бұл жылытқыштар дәстүрлі металл сымдарды пайдаланбайды, оның орнына қыздыру резисторының қабаты ретінде PG пайдаланады.

●Ультра-таза қыздырғыш элемент: Металл қыздырғыш элементтер жоғары температурада ұшпа металл қоспаларына бейім. Пиролиттік графиттің өзі көміртек болып табылады, тазалығы 99.999%-дан асады. Тіпті аз мөлшерде ұшпалану кезінде көміртегі жартылай өткізгіш процестерде (алтынмен, мыспен, темірмен және т.б. салыстырғанда) салыстырмалы түрде «достық» элемент болып табылады, бұл металдың ластану қаупін айтарлықтай төмендетеді.

●Ультра-жылдам жауап беру: PG жылытқыштары өте аз жылу сыйымдылығына ие, нәтижесінде өте жылдам қыздыру және салқындату жылдамдығы (жылу реакциясы) болады. Бұл жылдам термиялық циклді (RTP) қажет ететін процестер үшін өте тиімді және өткізу қабілеттілігін айтарлықтай арттырады.

●Теңшелетін температура өрісі: PG қабатының контур жолын (серпентинді сымдар) жобалау арқылы температура өрісінің таралуын өте жоғары пластинаның температурасы біркелкілігіне қол жеткізе отырып, қуыс шеттеріндегі жылу жоғалуын өтеу үшін дәл жобалануы мүмкін.

4. Plasma Etch: «Төмен шығынды» электродтар

Құрғақ өңдеуде, әсіресе фтор немесе хлор негізіндегі газдар бар жоғары коррозиялық орталарда.

●Шығын материалдарын ауыстыру: бір кристалды кремний немесе SiC электродтар ретінде де пайдаланылғанымен, белгілі бір реттелген процестерде фокус сақиналары немесе PG-ден жасалған электрод тақталары тығыздығы мен химиялық төзімділігіне байланысты ауыстыру жиілігін азайтып, иелену құнын (CoO) төмендетуі мүмкін.

III. Пиролиттік графитті жартылай өткізгіш процестерде қолдану

Пиролиттік графит (PG) өзінің жоғары тазалығы, жоғары температура тұрақтылығы, өте төмен газ өткізгіштігі, тамаша жылу өткізгіштігі және басқарылатын анизотропия арқасында жартылай өткізгіш жабдықтарда көміртегі негізіндегі таптырмас материал болды. Көптеген маңызды технологиялық орталарда (жоғары температура, вакуум, плазма, коррозиялық газдар) металдармен немесе керамикамен салыстырғанда, PG жоғары тұрақтылық пен төмен ластану қаупін ұсынады, сондықтан жартылай өткізгіш пластинаны өңдеу жабдықтары мен тұтынылатын компоненттерде кеңінен қолданылады.

1. CVD/PECVD/MOCVD жабдықтарындағы қолданбалар

①Қызғыш субстрат және термиялық гомогенизация компоненттері

Пиролиттік графитті (PG) жоғары температуралы қыздыру тақтасы немесе артқы тақта материалы ретінде пайдалануға болады.

●MOCVD эпитаксиалды өсу реакциясы камерасындағы сусцептор

●Жоғары температурадағы CVD пештеріндегі қыздыру элементінің тірек құрылымы

②Суцепторды жабу субстраты

Көптеген MOCVD процестері SiC қапталған пиролитикалық графитті пайдаланады.

Пиролиттік графиттің артықшылықтары:

●Төмен газ өткізгіштігі, SiC жабынының тұрақтылығын қамтамасыз етеді

●Жоғары температурада деформация болмайды, вафли температурасының тұрақты таралуын сақтайды

●Айналмалы жүйелердің инерциясын төмендететін жеңіл салмақ

Пиролиттік графитпен қапталған тигель

2. Эттинг жабдығындағы қолданбалар

Қуыстың қаптамасы және реакция аймағының құрылымдық компоненттері

Пиролиттік графит плазмалық ортада тамаша коррозияға төзімділік пен жоғары температура тұрақтылығын көрсетеді, бұл оны реакциялық камераны төсеу материалы немесе шығын материалы ретінде жарамды етеді:

●RIE, ICP реакция камерасының компоненттері

●плазмалық қалқандар, рефлекторлар

●Электродтың артқы тақталары немесе оқшаулағыш компоненттері (дизайнға байланысты)

3. Жоғары температурада күйдіру және термиялық өңдеудегі қолданулар

Пиролиттік графит көптеген жоғары температуралы термиялық өңдеу пештерінде (>1000°C) негізгі құрамдас материал болып табылады, оның ішінде:

●Жылдам термиялық өңдеу (RTP)

●Кремний карбиді (SiC) эпитаксиалды пештер

●Жоғары температурадағы күйдіру пештері

●Графиттік қайықтар мен арматуралар

4. Вафельді жүктеу/тасымалдау және арматурадағы қолданбалар

PG өзінің жоғары тазалығы мен төмен ластануының арқасында келесі компоненттерде кеңінен қолданылады:

●Вафельді сорғыш

●Вафельді тасымалдаушы/қайық

●Edge Ring

●Газ ағынының кедергісі

PG әсіресе жоғары температуралы эпитаксистік немесе химиялық реакциялық орталарда вафельді тіректер үшін қолайлы.

5. Иондық имплантациядағы қолданбалар

Пиролиттік графит келесідей қолданылады:

●Сәулені тоқтату

●Коллиматор

●Жоғары энергиялы иондарды сіңіру компоненттері

6. Литографиялық жүйелердегі әлеуетті қолданбалар

Тікелей оптикалық құрамдас бөліктер ретінде сирек қолданылатынына қарамастан, пиролитикалық графит келесі жағдайларда да қолданылады:

●Жоғары жұтылатын жарық ұстағыштар

●Оптикалық жүйелер үшін жылуды басқару құрылымдары

Қара дененің тамаша сіңіру сипаттамаларының арқасында ол адасқан жарықты тиімді түрде баса алады.