Nesēja kalpošanas laika pasliktināšanās ir cieši saistīta ar tādām sastāvdaļām kā kvarca caurules un atloki, jo īpaši pusvadītāju, fotoelementu vai augstas temperatūras materiālu procesos. Turpmāk ir analizēti galvenie ietekmējošie faktori un to mijiedarbība:
1. Kvarca caurulīšu ietekme
(1) Materiālu tīrība un piemaisījumi
- Metālu piemaisījumi (Fe, Cu, Na u. c.):
Metālu joni kvarca caurulītēs augstā temperatūrā var difundēt uz silīcija plāksnēm vai epitaksiālajiem slāņiem, veidojot nesēju rekombinācijas centrus un ievērojami samazinot kalpošanas laiku.
Galvenie rādītāji: Metālu piemaisījumu saturs ir jākontrolē (piemēram, ≤1 ppm, bet īpaši augstas tīrības pakāpes kvarca caurulītēm ≤0,1 ppm). - Hidroksila (OH-) saturs:
Hidroksilgrupas absorbē enerģiju ultravioletajā joslā, potenciāli ietekmējot fotogenerēto nesēju ģenerēšanu, jo īpaši fotoelektriskajos vai UV sensoru lietojumos.
Ieteikums: Izvēlieties kvarca mēģenes ar zemu hidroksila saturu (piemēram, sintētisko kvarcu, OH- < 5 ppm).
(2) Struktūras defekti un termiskā stabilitāte
- Mikroplaisas vai devitrifikācija:
Augstās temperatūrās kvarca caurules var devitrificēties (piemēram, pārvērsties kristobalītā) vai tajās var rasties termiskās spriedzes plaisas, atbrīvojot daļiņas un piesārņojot procesa vidi.
Saistība ar pārvadātāja kalpošanas laiku: Daļiņu pielipšana pie silīcija plāksnes virsmas palielina saskarnes rekombinācijas ātrumu.
Risinājums: Izmantojiet īpaši augstas tīrības pakāpes kvarca caurulītes vai ar titānu leģētas kvarca caurulītes (pretdevitrifikācija, iztur > 1200 °C) un optimizējiet sildīšanas/dzesēšanas ātrumu (izvairieties no termiskā šoka).
2. Atloku un blīvējuma komponentu ietekme
(1) Materiālu savietojamība
- Metāla atloka piesārņojums:
Nerūsējošā tērauda vai uz niķeļa bāzes izgatavoti atloki augstā temperatūrā var izdalīt metāla tvaikus (piemēram, Cr, Ni), kas, pārvietojoties gāzu fāzē, piesārņo kvarca caurules iekšējo sieniņu vai paraugu.
Lieta: SiC epitaksiālajā izaugsmē metāla piesārņojums var palielināt saskarnes stāvokļa blīvumu, kā rezultātā samazinās nesēju kalpošanas laiks.
Alternatīva: Izmantojiet keramikas atlokus (piemēram, Al₂O₃) vai atlokus ar platīna pārklājumu.
(2) Blīvēšanas veiktspēja
- noplūde, kas izraisa oksidāciju/kontamināciju:
Nepietiekams atloka blīvējums var ievadīt skābekli vai ūdens tvaikus, kas augstās temperatūrās var reaģēt ar silīciju, veidojot bojātus SiO₂ slāņus un palielinot virsmas rekombināciju.
Atklāšanas metode: Izmantojiet hēlija masas spektrometra noplūdes detektoru, lai pārbaudītu blīvējuma veiktspēju (noplūdes ātrums <1×10-⁹ mbar-L/s).
3. Sistēmas līmeņa mijiedarbība
(1) Kvarca caurules un atloka saskarne
- Termiskās izplešanās koeficienta (CTE) neatbilstība:
Kvarcs (CTE ~0,55 × 10-⁶/°C) un metāla atloki (piemēram, nerūsējošais tērauds, CTE ~16 × 10-⁶/°C) var tikt deformēti augstās temperatūrās, potenciāli izraisot mikroteces vai daļiņu izkrišanu.
Uzlabots dizains: Izmantojiet gradientu blīvējuma struktūras (piemēram, grafīta starplikas pārejas) vai elastīgus blīvējuma materiālus (piemēram, Viton fluorkaučuku, temperatūras robeža <200°C).
(2) Gāzes plūsmas traucējumi
- Turbulence, ko izraisa atloka struktūra:
Nepareizs atloka iekšējais diametrs vai asu malu konstrukcija var traucēt procesa gāzes plūsmu, izraisot lokālu temperatūras nevienmērību kvarca caurulītēs, kas ietekmē dopinga viendabīgumu (un netieši arī nesēja kalpošanas laiku).
4. Klienta problēmu diagnostikas ieteikumi
Ja klients ziņo par pārvadātāja kalpošanas laika pasliktināšanos, norādiet viņam pārbaudīt šādus aspektus:
- Kvarca cauruļu partijas pārbaude: Piegādātājam pieprasiet ICP-MS pārskatus (metāla piemaisījumi) un FTIR pārskatus (hidroksila saturs).
- Atloka un blīvējuma pārbaude: Pārbaudiet atloka materiālu, blīvējuma gredzena izturību pret temperatūru un pārliecinieties, vai nav mainījusies krāsas krāsa augstā temperatūrā (metāla iztvaikošanas pazīmes).
- Procesa parametru pārskatīšana: Salīdziniet, vai nesēja kalpošanas laika kritums sakrīt ar kvarca caurules/atloka partijas izmaiņām vai procesa temperatūras korekcijām.
5. Ieteicamie risinājumi
| Galvenais cēlonis | Uzlabošanas pasākumi |
|---|---|
| Metāla piesārņojums no kvarca caurules | Izmantojiet īpaši augstas tīrības pakāpes sintētiskā kvarca caurules (piemēram, Heraeus Suprasil®, metāla piemaisījumi <0,1 ppm). |
| Metāla iztvaikošana no atloka | Aizstāt ar keramikas atlokiem vai ar platīnu pārklātiem metāla atlokiem. |
| Blīvējuma noplūde | Izmantojiet dubultos O-veida gredzenus + hēlija noplūdes pārbaudi vai izmantojiet metāla blīves (piemēram, vara blīves UHV). |
| Termiskās spriedzes devitrifikācija | Izvēlieties īpaši augstas tīrības pakāpes kvarca caurules vai ar titānu leģētas kvarca caurules un kontrolējiet sildīšanas/dzesēšanas ātrumu (≤5°C/min). |
Secinājums
Nesēja kalpošanas laika pasliktināšanos var izraisīt kvarca caurules piemaisījumu, atloka piesārņojuma un sistēmas konstrukcijas defektu kombinācija. Lai šo problēmu risinātu pēc būtības, optimizācija jāveic trīs aspektos: materiāla tīrība, blīvējuma uzticamība un termiskā savietojamība. Precīzu komponentu ieteikumu sniegšanai klientiem ieteicams sniegt detalizētākus procesa datus (piemēram, temperatūras līknes un gāzu veidus).