მატარებლის სიცოცხლის განმავლობაში დეგრადაცია მჭიდროდ არის დაკავშირებული ისეთ კომპონენტებთან, როგორიცაა კვარცის მილები და ფლანცები, განსაკუთრებით ნახევარგამტარების, ფოტოელექტრული ან მაღალტემპერატურული მასალების დამუშავების პროცესებში. ქვემოთ მოცემულია ძირითადი გავლენის მქონე ფაქტორებისა და მათი ურთიერთქმედების ანალიზი:
1. კვარცის მილების გავლენა
(1) მასალის სისუფთავე და უნარჩენოებები
- მეტალის უმარტივესი შენარევები (Fe, Cu, Na და ა.შ.):
მაღალ ტემპერატურაზე კვარცის მილებში არსებულმა მეტალის იონებმა შეიძლება დიფუზია განიცადონ სილიციუმის პლასტინებში ან ეპიტაქსურ ფენებში, რაც ქმნის მატარებელთა რეკომბინაციის ცენტრებს და მნიშვნელოვნად ამცირებს მათ სიცოცხლის ხანგრძლივობას.
ძირითადი მაჩვენებლები: მეტალის უმწვავეობების შემცველობა უნდა კონტროლდებოდეს (მაგ., ≤1 ppm, ხოლო ულტრა-მაღალი სისუფთავის კვარცის მილებისთვის ≤0.1 ppm). - ჰიდროქსილის (OH⁻) შემცველობა:
ჰიდროქსილის ჯგუფები შთანთქავენ ენერგიას ულტრაიისფერ სპექტრში, რაც პოტენციურად მოქმედებს ფოტოგენერირებული მატარებლების წარმოქმნაზე, განსაკუთრებით ფოტოელექტრული ან ულტრაიისფერი სენსორების გამოყენებისას.
რეკომენდაცია: შეარჩიეთ დაბალი ჰიდროქსიდური ჯგუფების მქონე კვარცის მილები (მაგ., სინთეზური კვარცი, OH⁻ < 5 ppm).
(2) სტრუქტურული დეფექტები და თერმული სტაბილურობა
- მიკროტეხილები ან დევიტრიფიკაცია:
მაღალ ტემპერატურაზე კვარცის მილებს შეიძლება დაეკარგოს შუშისებრი სტრუქტურა (მაგ., გადაიქცეს კრისტობალიტად) ან გაუჩნდეს თერმული დაძაბულობის ბზარები, რის შედეგადაც გამოთავისუფლდება ნაწილაკები და დაილოცება პროცესის გარემო.
კავშირი გადამტანის სიცოცხლის ხანგრძლივობასთან: სილიციუმის ვაფერის ზედაპირზე მიწებებული ნაწილაკები ზრდიან ინტერფეისური რეკომბინაციის სიჩქარეს.
გადაწყვეტა: გამოიყენეთ ულტრა-მაღალი სისუფთავის კვარცის მილები ან ტიტანით დადოპილი კვარცის მილები (დევიტრიფიკაციის საწინააღმდეგო, უძლებს >1200°C-ს) და ოპტიმიზირეთ გაცხელების/გაგრილების სიჩქარე (მოერიდეთ თერმულ შოკს).
2. ფლანეცებისა და ჰერმეტული კომპონენტების გავლენა
(1) მასალების თავსებადობა
- მეტალის ფლანცის დაბინძურება:
უჟანგავი ფოლადის ან ნიკელის შემცველი ფლანცები მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება გამოყოფდნენ ლითონის ორთქლს (მაგ., Cr, Ni), რომელიც გაზური ტრანსპორტირების გზით აბინძურებს კვარცის მილის შიდა კედელს ან ნიმუშს.
საქმე: SiC-ის ეპიტაქსური ზრდისას, მეტალის დაბინძურებამ შეიძლება გაზარდოს ინტერფეისული მდგომარეობების სიმკვრივე, რაც იწვევს მატარებლების სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირებას.
ალტერნატივა: გამოიყენეთ კერამიკული ფლანცები (მაგ., Al₂O₃) ან პლატინის დაფარვის მქონე ფლანცები.
(2) ჰერმეტულობის მახასიათებლები
- გამჟღავნება, რომელიც იწვევს ჟანგვას/დაბინძურებას:
ფლანცის ცუდი ჰერმეტულობა შეიძლება გამოიწვიოს ჟანგბადის ან წყლის ორთქლის შეღწევა, რომლებიც მაღალ ტემპერატურაზე სილიციუმთან რეაქციაში შედიან დეფექტური SiO₂-ის ფენების წარმოსაქმნელად, რაც ზრდის ზედაპირულ რეკომბინაციას.
აღმოჩენის მეთოდი: ჰელიუმის მასური სპექტრომეტრის გაჟონვის დეტექტორის გამოყენებით შეამოწმეთ ჰერმეტულობა (გაჟონვის სიჩქარე <1×10⁻⁹ მბარ·ლ/წმ).
3. სისტემური დონის ურთიერთქმედებები
(1) კვარცის მილის-ფლანცის შეერთება
- თერმული გაფართოების კოეფიციენტების (CTE) შეუსაბამობა:
კვარცი (ტემპერატურული გაფართოების კოეფიციენტი ~0.55×10⁻⁶/°C) და მეტალის ფლანცები (მაგ., უჟანგავი ფოლადი, ტგკ ~16×10⁻⁶/°C) მაღალ ტემპერატურებზე შეიძლება დაექვემდებაროს დაძაბულობით დეფორმაციას, რამაც შესაძლოა გამოიწვიოს მიკროდაჟონვა ან ნაწილაკების ჩამოშორება.
გაუმჯობესებული დიზაინი: გამოიყენეთ გრადიენტული ჰერმეტული სტრუქტურები (მაგ., გრაფიტის შუასადების გარდამავალი ზონები) ან ელასტიკური ჰერმეტული მასალები (მაგ., ვიტონის ფტორირებული რეზინი, ტემპერატურული ლიმიტი <200°C).
(2) გაზის ნაკადის დარღვევა
- ფლანცის კონსტრუქციით გამოწვეული ტურბულენტობა:
არასწორ ფლანცის შიდა დიამეტრს ან მკვეთრკიდეებიან დიზაინს შეუძლია პროცესური აირის ნაკადის დარღვევა, რაც კვარცის მილებში ადგილობრივი ტემპერატურის არაერთგვაროვნებას იწვევს, რაც გავლენას ახდენს დოპინგის ერთგვაროვნებაზე (და ირიბად მატარებლის სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე).
4. მომხმარებლის პრობლემის დიაგნოსტიკის რეკომენდაციები
თუ მომხმარებელი ატყობინებს გადამტანის მუშაობის დაქვეითებას, მიუთითეთ, შეამოწმოს შემდეგი ასპექტები:
- კვარცის მილების პარტიის ინსპექტირება: მომწოდებლისგან მოითხოვეთ ICP-MS ანგარიშები (მეტალის უმარილობა) და FTIR ანგარიშები (ჰიდროქსილის შემცველობა).
- ფლანცისა და მუფნის ინსპექტირება: დაადასტურეთ ფლანცის მასალა, მჭიდრო სალტეს ტემპერატურული მდგრადობა და შეამოწმეთ მაღალი ტემპერატურის გამო გაუფერულება (მეტალის აორთქლების ნიშნები).
- პროცესის პარამეტრების მიმოხილვა: შეადარეთ, ხომ არ ემთხვევა გადამტანის ექსპლუატაციის ხანგრძლივობის შემცირება კვარცის მილის/ფლანცის პარტიის ცვლილებებს ან პროცესის ტემპერატურის რეგულირებას.
5. რეკომენდებული გადაწყვეტილებები
| ფუძემდებლური მიზეზი | გაუმჯობესების ზომები |
|---|---|
| მეტალის დაბინძურება კვარცის მილისგან | გამოიყენეთ ულტრა-მაღალი სისუფთავის სინთეზური კვარცის მილები (მაგ., Heraeus Suprasil®, ლითონის უნარჩენობა <0.1 ppm). |
| მეტალის აორთქლება ფლანეციდან | ჩაანაცვლეთ კერამიკული ფლანცებით ან პლატინით დაფარული ლითონის ფლანცებით. |
| დალუქვის გაჟონვა | გამოიყენეთ ორმაგი O-ფორმის რგოლები + ჰელიუმით გაჟონვის ტესტირება, ან გადავიდეთ მეტალის ჰერმეტულებზე (მაგ., სპილენძის შუასადებები ვაკუუმის უმაღლესი სიღრმისთვის). |
| თერმული სტრესით დევითრიფიკაცია | შეარჩიეთ ულტრა მაღალი სისუფთავის კვარცის მილები ან ტიტანით დადოპებული კვარცის მილები და აკონტროლეთ გაცხელების/გაგრილების სიჩქარე (≤5°C/წთ). |
დასკვნა
ექსპლუატაციის განმავლობაში დანაკლისი შეიძლება გამოწვეული იყოს კვარცის მილის დამაბინძურებლების, ფლანცის დაბინძურებისა და სისტემის დიზაინის დეფექტების კომბინაციით. პრობლემის ფუნდამენტურად მოსაგვარებლად, ოპტიმიზაცია უნდა ჩატარდეს სამი ასპექტის მიხედვით: მასალის სისუფთავე, ჰერმეტულობის საიმედოობა და თერმული თავსებადობა. რეკომენდებულია, რომ მომხმარებლებმა კომპონენტების ზუსტი რეკომენდაციების მისაღებად მოგვაწოდონ უფრო დეტალური პროცესის მონაცემები (როგორიცაა ტემპერატურული კრუგები და გაზის ტიპები).