Kandjate eluea halvenemine on tihedalt seotud selliste komponentidega nagu kvartstorud ja äärikud, eriti pooljuhtide, fotogalvaaniliste või kõrge temperatuuriga materjaliprotsesside puhul. Järgnevalt analüüsitakse peamisi mõjutavaid tegureid ja nende koostoimet:
1. Kvartstorude mõju
(1) Materjali puhtus ja lisandid
- Metallide lisandid (Fe, Cu, Na jne):
Metalliioonid võivad kvartstorudes difundeeruda ränikihtidesse või epitaksiaalsetesse kihtidesse kõrgetel temperatuuridel, moodustades kandjate rekombinatsioonikeskusi ja vähendades oluliselt eluiga.
Põhinäitajad: Metallide lisandite sisaldus peaks olema kontrollitud (nt ≤1 ppm ja ülipuhaste kvartstorude puhul ≤0,1 ppm). - Hüdroksüül (OH-) sisaldus:
Hüdroksüülrühmad neelavad energiat ultravioletses ribas, mis võib mõjutada fotogeense kandja teket, eriti fotogalvaanilistes või UV-sensorite rakendustes.
Soovitus: Valige madala hüdroksüülisisaldusega kvartstorud (nt sünteetiline kvarts, OH- < 5 ppm).
(2) Struktuursed defektid ja termiline stabiilsus
- Mikropragud või devitrifikatsioon:
Kõrgel temperatuuril võivad kvartstorud devitrifitseeruda (nt muutuda kristobaliidiks) või tekkida termilised pingepraod, mis vabastavad osakesi ja saastavad protsessikeskkonda.
Seos kandja elueaga: Ränikihi pinnale kinnituvad osakesed suurendavad liidese rekombinatsiooni kiirust.
Lahendus: Kasutage ülipuhtaid kvartstorusid või titaaniga dopeeritud kvartstorusid (anti-devitrifikatsioon, taluvad >1200 °C) ja optimeerige kuumutamise/jahutamise kiirust (vältige termilist šokki).
2. Flanšide ja tihenduskomponentide mõju
(1) Materjali kokkusobivus
- Metallist ääriku saastumine:
Roostevabast terasest või niklipõhistest äärikutest võivad kõrgetel temperatuuridel eralduda metalliaurud (nt Cr, Ni), mis saastavad kvartstoru siseseina või proovi gaasifaasi kaudu.
Juhtum: SiC epitaksilise kasvu korral võib metalli saastumine suurendada liidese oleku tihedust, mis toob kaasa kandjate eluea vähenemise.
Alternatiiv: Kasutage keraamilisi äärikuid (nt Al₂O₃) või plaatinaga kaetud äärikuid.
(2) Tihendusnäitajad
- Oksüdeerumist/saastumist põhjustav leke:
Halb ääriku tihendamine võib tuua sisse hapnikku või veeauru, mis võib reageerida räniga kõrgetel temperatuuridel, moodustades defektseid SiO₂-kihti, suurendades pinna rekombinatsiooni.
Avastamise meetod: Kasutage heeliumimassaspektromeetriga lekkeandurit, et kontrollida tihenduse toimivust (lekke kiirus <1×10-⁹ mbar-L/s).
3. Süsteemi tasandi vastastikmõju
(1) Kvartsist toru-flansi liides
- Soojuspaisumisteguri (CTE) mittevastavus:
Kvarts (CTE ~0,55×10-⁶/°C) ja metallist äärikud (nt roostevaba teras, CTE ~16×10-⁶/°C) võivad kõrgetel temperatuuridel läbida pinge deformatsiooni, mis võib põhjustada mikrolekke või osakeste eraldumist.
Parem disain: Kasutage astmelisi tihendusstruktuure (nt grafiittihendi üleminekud) või elastseid tihendusmaterjale (nt Viton-fluorokummi, temperatuuripiirang <200°C).
(2) Gaasivoolu häired
- ääriku struktuurist põhjustatud turbulentsus:
Ebakorrektne ääriku siseläbimõõt või terava serva konstruktsioon võib häirida protsessigaasi voolu, mis põhjustab kvartstorudes kohaliku temperatuuri ebaühtlust, mis mõjutab dopingu ühtlikkust (ja kaudselt kandjate eluiga).
4. Klientide probleemide diagnoosimise soovitused
Kui klient teatab kandja eluea halvenemisest, suunake teda kontrollima järgmisi aspekte:
- Kvartstorude partiide kontroll: Nõuda tarnijalt ICP-MS-aruandeid (metallilisandid) ja FTIR-aruandeid (hüdroksüülisisaldus).
- Flansi ja tihendi kontroll: Kinnitage ääriku materjal, tihendusrõnga temperatuurikindlus ja kontrollige, et ei oleks kõrge temperatuuriga värvimuutusi (metalli aurustumise märke).
- Protsessi parameetrite läbivaatamine: Võrrelge, kas kandja eluea langus langeb kokku kvartstoru/ääriku partii muutustega või protsessi temperatuuri kohandamisega.
5. Soovitatavad lahendused
| Põhjus | Parandusmeetmed |
|---|---|
| Metallisaaste kvartstorust | Kasutage ülipuhtaid sünteetilisi kvartstorusid (nt Heraeus Suprasil®, metallilisandid <0,1 ppm). |
| Metalli aurustumine äärikust | Asendage keraamilised äärikud või plaatinaga kaetud metalläärikud. |
| Tihendi leke | Kasutage kahekordseid O-rõngaid + heeliumiga lekkekatset või võtke kasutusele metalltihendid (nt vasest tihendid UHV puhul). |
| Termiline stressi devitrifikatsioon | Valige ülipuhtad kvartstorud või titaaniga dopeeritud kvartstorud ja reguleerige kuumutamise/jahutamise kiirust (≤5 °C/min). |
Järeldus
Kanduri eluea halvenemine võib tuleneda kvartstoru lisandite, ääriku saastumise ja süsteemi konstruktsioonivigade kombinatsioonist. Probleemi põhimõtteliseks lahendamiseks tuleb optimeerida kolme aspekti: materjali puhtus, tihendite usaldusväärsus ja termiline ühilduvus. Soovitatav on, et kliendid esitaksid täpsemate komponentide soovituste saamiseks üksikasjalikumad protsessiandmed (nt temperatuurikõverad ja gaasitüübid).