Բազմաթիվ ածխածնային նյութերի մեջ պիրոլիտիկ գրաֆիտը առանձնանում է իր բարձր կառավարելի շերտավոր կառուցվածքով և ծայրահեղ անիզոտրոպությամբ: Բնական գրաֆիտից տարբերվող պիրոլիտիկ գրաֆիտը անմիջապես չի ստացվում հանքանյութերից: Փոխարենը, այն ստացվում է բարձր ջերմաստիճանի քիմիական գոլորշիների նստեցման (CVD) միջոցով, որտեղ ածխաջրածնային գազերը քայքայվում և նստեցվում են ածխածնի ատոմների շերտերի մեջ 2000°C-ից բարձր ջերմաստիճաններում, ինչի արդյունքում ստացվում է բարձր կողմնորոշված ​​և չափազանց մաքուր արհեստական ​​գրաֆիտի կառուցվածք: Այս ճշգրիտ կառավարելի պատրաստման մեթոդը թույլ է տալիս այն ցուցաբերել կողմնորոշումից կախված բնութագրեր հիմնական հատկություններում, ինչպիսիք են ջերմահաղորդականությունը, էլեկտրահաղորդականությունը և մագնիսական արձագանքը, բնութագրեր, որոնք անհամեմատելի են բնական գրաֆիտի հետ:

I. Ի՞նչ է պիրոլիտիկ գրաֆիտը։

Պիրոլիտիկ գրաֆիտը բարձր կողմնորոշված ​​ածխածնային նյութ է, որը պատրաստվում է բարձր ջերմաստիճանային պիրոլիտիկ գոլորշու նստեցման (CVD) գործընթացով: Այն սովորաբար օգտագործում է ածխաջրածնային գազեր (օրինակ՝ մեթան)՝ ածխածնի ատոմները բարձր ջերմաստիճանի (սովորաբար >2000℃) և ցածր ճնշման պայմաններում քայքայելու և նստեցնելու համար: Այնուհետև այս ատոմները ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանային թրծման՝ ածխածնային շերտերի խիստ կարգավորված դասավորությունն ապահովելու համար, ինչի արդյունքում ստացվում է չափազանց բարձր կողմնորոշվածությամբ գրաֆիտային կառուցվածք:

II. Պիրոլիտիկ գրաֆիտի (PG) առավելությունները կիսահաղորդչային պրոցեսներում

1. Իոնային իմպլանտացիա։

Իոնային իմպլանտացիայի գործընթացում PG-ն հիմնականում օգտագործվում է բարձր ճշգրտության դարպասներ (ցանցեր) և էլեկտրոդներ արտադրելու համար։

●Իոնային իմպլանտացիայի դիմադրություն. Իոնային փնջերն ունեն չափազանց բարձր էներգիա: Ավանդական մոլիբդենի (Mo) կամ վոլֆրամի (W) դարպասները երկարատև իոնային ռմբակոծության տակ կենթարկվեն ֆիզիկական փոշիացման: Սա ոչ միայն դարպասի նոսրացման և դեֆորմացիայի պատճառ է դառնում, այլև փոշիացված մետաղական ատոմները դառնում են մետաղի աղտոտման լուրջ աղբյուր: PG-ն ցուցաբերում է չափազանց ուժեղ դիմադրություն փոշիացման կոռոզիայի նկատմամբ (չափազանց ցածր փորագրման արագություն), և դրա կյանքի տևողությունը սովորաբար մի քանի անգամ գերազանցում է մետաղական բաղադրիչներին:

● Բարելավված ճառագայթային հոսանքի ճշգրտություն. Քանի որ PG-ն մաշվածությանը դիմացկուն է, դարպասի ապերտուրայի չափը կարող է կայուն մնալ երկար ժամանակահատվածում: Սա ապահովում է, որ իոնային ճառագայթի ֆոկուսը և անկյունը կայուն մնան երկար ժամանակահատվածում, ինչը կարևոր է առաջադեմ գործընթացների համար (օրինակ՝ 7 նմ և 5 նմ), որտեղ իմպլանտացիայի անկյան պահանջները չափազանց բարձր են:

● Գերազանց ջերմային կառավարում. Օգտագործելով PG-ի չափազանց բարձր ջերմահաղորդականությունը հարթության մեջ (մոտավորապես 4-5 անգամ ավելի, քան պղնձինը), այն կարող է արագորեն ցրել հարթության երկայնքով իոնային ռմբակոծությունից առաջացած ջերմությունը՝ կանխելով տեղայնացված գերտաքացումը և դեֆորմացիան։

2. MOCVD և էպիտաքսիա. հիմնականում օգտագործվում են ենթաշերտի ծածկույթի համար

Լուսադիոդների արտադրության (GaN գործընթաց) կամ սիլիցիումային էպիտաքսիալ գործընթացներում ամենատարածված գրաֆիտային հիմքը (Susceptor) իր մակերեսին գտնվող բնօրինակ գրաֆիտը չէ, այլ սովորաբար ծածկված է PG կամ SiC խիտ շերտով։

●Կնքող նյութ. Չնայած իզոստատիկ սեղմված գրաֆիտը խիտ է, այն դեռևս մանրադիտակային ծակոտկեն է, հեշտությամբ կլանելով գազերը և բարձր ջերմաստիճաններում արտանետելով մասնիկներ կամ խառնուրդներ: CVD-ի միջոցով նստեցված PG ծածկույթը հասնում է տեսական խտությանը մոտ խտության, ամբողջությամբ կնքելով գրաֆիտային մատրիցը, կանխելով գրաֆիտի մասնիկների անկումը և վաֆլիի աղտոտումը, ինչպես նաև խոչընդոտելով գրաֆիտի ներսից խառնուրդային գազերի արտանետմանը:

●Քիմիական կոռոզիայի դիմադրություն. MOCVD գործընթացում օգտագործվում են մեծ քանակությամբ ամոնիակ (NH3) և մետաղաօրգանական աղբյուրներ, որոնք չափազանց կոռոզիոն են: PG շերտը քիմիապես չափազանց իներտ է, արդյունավետորեն պաշտպանելով ներքին գրաֆիտային հիմքը կոռոզիայից:

● Սև մարմնի ճառագայթման և ջերմաստիճանի միատարրություն. PG-ն ունի սև մարմնի ճառագայթման գերազանց բնութագրեր, որոնք նպաստում են ինֆրակարմիր ջերմաչափման ճշգրտությանը: Դրա գերազանց ջերմահաղորդականությունը նաև նպաստում է հիմքի ավելի միատարր մակերևութային ջերմաստիճանի ապահովմանը, ուղղակիորեն որոշելով էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը և կազմի միատարրությունը:

3. Բարձր ջերմաստիճանի ջեռուցիչներ:

PBN/PG կոմպոզիտային ջեռուցիչները հաճախ հանդիպում են PVD կամ CVD խցիկներում՝ չափազանց բարձր մաքրության պահանջներով: Այս ջեռուցիչները չեն օգտագործում ավանդական մետաղական լարեր, այլ օգտագործում են PG-ն որպես տաքացման դիմադրության շերտ:

● Գերմաքուր տաքացնող տարր. Մետաղական տաքացնող տարրերը հակված են մետաղական խառնուրդների գոլորշիացման բարձր ջերմաստիճաններում: Պիրոլիտիկ գրաֆիտն ինքնին ածխածին է, որի մաքրությունը գերազանցում է 99.999%-ը: Նույնիսկ գոլորշիացման հետքերի դեպքում, ածխածինը համեմատաբար «բարեկամական» տարր է կիսահաղորդչային գործընթացներում (համեմատած ոսկու, պղնձի, երկաթի և այլնի հետ), զգալիորեն նվազեցնելով մետաղի աղտոտման ռիսկը:

● Գերարագ արձագանք. PG ջեռուցիչներն ունեն շատ փոքր ջերմային հզորություն, ինչը հանգեցնում է չափազանց արագ տաքացման և սառեցման արագության (ջերմային արձագանք): Սա խիստ առավելություն է արագ ջերմային ցիկլ (RTP) պահանջող գործընթացների համար, զգալիորեն բարելավելով արտադրողականությունը:

● Անհատականացված ջերմաստիճանային դաշտ. PG շերտի շղթայի ուղին (օձաձև լարերը) նախագծելով՝ ջերմաստիճանային դաշտի բաշխումը կարող է ճշգրտորեն նախագծվել՝ խոռոչի եզրերին ջերմության կորուստը փոխհատուցելու համար, ապահովելով վաֆլիի ջերմաստիճանի չափազանց բարձր միատարրություն:

4. Պլազմային փորագրություն. «Ցածր կորուստով» էլեկտրոդներ

Չոր փորագրման ժամանակ, հատկապես ֆտորի կամ քլորի վրա հիմնված գազերի օգտագործմամբ խիստ կոռոզիոն միջավայրերում։

● Սպառվող նյութերի փոխարինում. Մինչդեռ միաբյուրեղային սիլիցիումը կամ SiC-ն նույնպես օգտագործվում են որպես էլեկտրոդներ, որոշակի անհատականացված գործընթացներում PG-ից պատրաստված ֆոկուսային օղակները կամ էլեկտրոդային թիթեղները, իրենց խտության և քիմիական դիմադրության շնորհիվ, կարող են նվազեցնել փոխարինման հաճախականությունը և իջեցնել սեփականության արժեքը (CoO):

III. Պիրոլիտիկ գրաֆիտի կիրառությունները կիսահաղորդչային պրոցեսներում

Բարձր մաքրության, բարձր ջերմաստիճանային կայունության, չափազանց ցածր գազի թափանցելիության, գերազանց ջերմահաղորդականության և կառավարելի անիզոտրոպիայի շնորհիվ, պիրոլիտիկ գրաֆիտը (PG) դարձել է անփոխարինելի ածխածնային նյութ կիսահաղորդչային սարքավորումներում: Շատ կարևոր գործընթացային միջավայրերում (բարձր ջերմաստիճան, վակուում, պլազմա, կոռոզիոն գազեր), մետաղների կամ կերամիկայի համեմատ, PG-ն առաջարկում է ավելի բարձր կայունություն և աղտոտման ավելի ցածր ռիսկ, ուստի լայնորեն օգտագործվում է կիսահաղորդչային թիթեղների մշակման սարքավորումներում և սպառվող բաղադրիչներում:

1. Կիրառությունները CVD/PECVD/MOCVD սարքավորումներում

① Ջեռուցման հիմքը և ջերմային հոմոգենացման բաղադրիչները

Պիրոլիտիկ գրաֆիտը (PG) կարող է օգտագործվել որպես բարձր ջերմաստիճանի տաքացման թիթեղ կամ հետևի թիթեղի նյութ:

● MOCVD էպիտաքսիալ աճի ռեակցիայի խցիկում ընկալիչ

● Բարձր ջերմաստիճանի CVD վառարաններում տաքացման տարրերի հենարանային կառուցվածք

②Ազդեցիկ ծածկույթի հիմք

MOCVD-ի շատ գործընթացներ օգտագործում են SiC-ով պատված պիրոլիտիկ գրաֆիտ։

Պիրոլիտիկ գրաֆիտի առավելությունները.

● Ցածր գազաթափանցելիություն, որը ապահովում է SiC ծածկույթի կայունությունը

● Բարձր ջերմաստիճաններում դեֆորմացիա չի առաջանում, պահպանելով վաֆլիի ջերմաստիճանի կայուն բաշխումը

● Թեթև քաշ, որը նվազեցնում է պտտվող համակարգերի իներցիան

Պիրոլիտիկ գրաֆիտով պատված կարաս

2. Կիրառությունները փորագրման սարքավորումներում

Խոռոչի ծածկույթ և ռեակցիայի գոտու կառուցվածքային բաղադրիչներ

Պիրոլիտիկ գրաֆիտը պլազմային միջավայրերում ցուցաբերում է գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն և բարձր ջերմաստիճանային կայունություն, ինչը այն դարձնում է հարմար որպես ռեակցիայի խցիկի ծածկույթի նյութ կամ սպառվող նյութ։

●RIE, ICP ռեակցիայի խցիկի բաղադրիչներ

● Պլազմային միջնորմներ, անդրադարձիչներ

● Էլեկտրոդային հետևի թիթեղներ կամ մեկուսիչ բաղադրիչներ (կախված դիզայնից)

3. Կիրառությունները բարձր ջերմաստիճանի թրծման և ջերմային մշակման մեջ

Պիրոլիտիկ գրաֆիտը բազմաթիվ բարձր ջերմաստիճանային ջերմային մշակման վառարանների (>1000°C) հիմնական բաղադրիչ նյութ է, ներառյալ՝

● Արագ ջերմային մշակում (RTP)

● Սիլիցիումի կարբիդի (SiC) էպիտաքսիալ վառարաններ

● Բարձր ջերմաստիճանի թրծման վառարաններ

● Գրաֆիտե նավակներ և հարմարանքներ

4. Կիրառություններ վաֆլիների բեռնման/փոխադրման և ամրակների մեջ

PG-ն, իր բարձր մաքրության և մասնիկային ցածր աղտոտվածության շնորհիվ, լայնորեն օգտագործվում է հետևյալ բաղադրիչներում.

● Վաֆլիի ընկալիչ

● Վաֆլիի կրիչ/նավակ

● Եզրային օղակ

● Գազի հոսքի միջնորմ

PG-ն հատկապես հարմար է վաֆլիների հենարանների համար բարձր ջերմաստիճանի էպիտաքսիայի կամ քիմիական ռեակցիայի միջավայրերում:

5. Կիրառությունները իոնային իմպլանտացիայի մեջ

Պիրոլիտիկ գրաֆիտը օգտագործվում է հետևյալ կերպ.

● Լույսի կանգառ

● Կոլիմատոր

● Բարձր էներգիայի իոնների կլանման բաղադրիչներ

6. Լիտոգրաֆիկ համակարգերում հնարավոր կիրառությունները

Չնայած պիրոլիտիկ գրաֆիտը որպես օպտիկական բաղադրիչներ ավելի քիչ է օգտագործվում, այն նաև օգտագործվում է հետևյալում.

● Բարձր կլանման թափառող լույսի թակարդներ

● Օպտիկական համակարգերի ջերմային կառավարման կառուցվածքներ

Սև մարմնի գերազանց կլանման բնութագրերի շնորհիվ այն կարող է արդյունավետորեն ճնշել թափառող լույսը։