เบ้าหลอมเคลือบ TaC สำหรับการเติบโตของคริสตัล AlN

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม AlN เป็นของเซมิคอนดักเตอร์ bandgap โดยตรง ซึ่งมีแบนด์วิดท์ 6.2 eV โดยมีการนำความร้อน ความต้านทาน ความแรงของสนามพังทลายสูง รวมถึงความเสถียรทางเคมีและความร้อนที่ยอดเยี่ยม ไม่เพียงแต่เป็นแสงสีน้ำเงินที่สำคัญและเป็นวัสดุอัลตราไวโอเลตเท่านั้น หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจรรวม บรรจุภัณฑ์ที่สำคัญ การแยกอิเล็กทริก และวัสดุฉนวน โดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์กำลังสูงที่มีอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ AlN และ GaN ยังมีการจับคู่ทางความร้อนที่ดีและความเข้ากันได้ทางเคมี AlN ที่ใช้เป็นซับสเตรต epitaxis ของ GaN สามารถลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในอุปกรณ์ GaN ได้อย่างมาก และปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์

ปัจจุบันโลกมีความสามารถในการปลูกแท่งโลหะ AlN ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว แต่ก็ยังมีปัญหาอีกมากมายที่ต้องแก้ไขสำหรับการเติบโตของผลึกขนาดใหญ่ขึ้น และวัสดุเบ้าหลอมก็เป็นหนึ่งในปัญหา

วิธี PVT ของการเติบโตของผลึก AlN ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง การแปรสภาพเป็นแก๊ส AlN การขนส่งเฟสก๊าซ และการตกผลึกซ้ำจะดำเนินการในถ้วยใส่ตัวอย่างที่ค่อนข้างปิด ดังนั้นความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน จึงกลายเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของวัสดุถ้วยใส่ตัวอย่างสำหรับ การเติบโตของคริสตัล AlN

วัสดุถ้วยใส่ตัวอย่างที่มีอยู่ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นเซรามิกโลหะทนไฟ W และ TaC ถ้วยใส่ตัวอย่าง W มีอายุการใช้งานสั้นเนื่องจากปฏิกิริยาช้ากับ AlN และการกัดเซาะของคาร์บอนในเตาเผาบรรยากาศ C ปัจจุบัน วัสดุถ้วยใส่ตัวอย่างการเติบโตของคริสตัล AlN ที่แท้จริงมุ่งเน้นไปที่วัสดุ TaC เป็นหลัก ซึ่งเป็นสารประกอบไบนารีที่มีจุดหลอมเหลวสูงสุดพร้อมคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยม เช่น จุดหลอมเหลวสูง (3,880 ℃) ความแข็งของวิคเกอร์สูง (> 9.4 GPa) และโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง มีค่าการนำความร้อน การนำไฟฟ้า และความต้านทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีได้ดีเยี่ยม (ละลายในสารละลายผสมระหว่างกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริกเท่านั้น) การใช้ TaC ในถ้วยใส่ตัวอย่างมีสองรูปแบบ: รูปแบบหนึ่งคือถ้วยใส่ตัวอย่าง TaC และอีกรูปแบบหนึ่งใช้เคลือบป้องกันถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟท์

ถ้วยใส่ตัวอย่าง TaC มีข้อดีคือ มีความบริสุทธิ์ของผลึกสูงและสูญเสียคุณภาพเพียงเล็กน้อย แต่ถ้วยใส่ตัวอย่างนั้นยากต่อการขึ้นรูปและมีต้นทุนสูง ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟท์เคลือบ TaC ซึ่งผสมผสานการประมวลผลวัสดุกราไฟท์อย่างง่ายดายและการปนเปื้อนของถ้วยใส่ตัวอย่าง TaC ต่ำ ได้รับความนิยมจากนักวิจัย และนำไปใช้กับการเติบโตของผลึก AlN และผลึก SiC ได้สำเร็จ ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเคลือบ TaC และปรับปรุงคุณภาพการเคลือบให้ดียิ่งขึ้นถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟท์เคลือบ TaCจะเป็นตัวเลือกแรกสำหรับถ้วยใส่ตัวอย่างการเติบโตของผลึก AlN ซึ่งมีคุณค่าทางการวิจัยอย่างมากในการลดต้นทุนของการเติบโตของผลึก AlN