Сярод шматлікіх вугляродных матэрыялаў піраграфічны графіт вылучаецца сваёй высокакантраляванай слаістай структурай і надзвычайнай анізатрапіяй. У адрозненне ад прыроднага графіту, піраграфічны графіт не атрымліваецца непасрэдна з мінералаў. Замест гэтага ён вырабляецца шляхам высокатэмпературнага хімічнага асаджэння з паравой фазы (CVD), пры якім вуглевадародныя газы раскладаюцца і адкладаюцца ў пласты атамаў вугляроду пры тэмпературах вышэй за 2000°C, што прыводзіць да ўтварэння высокаарыентаванай і надзвычай чыстай структуры штучнага графіту. Гэты дакладна кантраляваны метад атрымання дазваляе яму праяўляць арыентацыйна-залежныя характарыстыкі ў такіх ключавых уласцівасцях, як цеплаправоднасць, электраправоднасць і магнітны водгук, характарыстыкі, якія не маюць сабе роўных у прыродным графіце.

I. Што такое піралітычны графіт?

Піралітычны графіт — гэта высокаарыентаваны вугляродны матэрыял, які атрымліваецца з дапамогай працэсу высокатэмпературнага піралітычнага асаджэння з паравой фазы (CVD). Звычайна ў ім выкарыстоўваюцца вуглевадародныя газы (напрыклад, метан) для раскладання і адкладання атамаў вугляроду пры высокай тэмпературы (звычайна >2000℃) і нізкім ціску. Затым гэтыя атамы падвяргаюцца высокатэмпературнаму адпалу, каб забяспечыць высокаўпарадкаванае размяшчэнне вугляродных слаёў, што прыводзіць да структуры графіту з надзвычай высокай арыентацыяй.

II. Перавагі піралітычнага графіту (ПГ) у паўправадніковых працэсах

1. Іённая імплантацыя:

У працэсе іённай імплантацыі PG у асноўным выкарыстоўваецца для вырабу высокадакладных затвораў (сетак) і электродаў.

●Устойлівасць да іённай імплантацыі: Іённыя пучкі маюць надзвычай высокую энергію. Традыцыйныя вентылі з малібдэна (Mo) або вальфраму (W) падвяргаюцца фізічнаму распыленню пры працяглай іённай бамбардзіроўцы. Гэта не толькі прыводзіць да патанчэння і дэфармацыі самога вентыля, але і распыленыя атамы металу становяцца сур'ёзнай крыніцай забруджвання металу. PG валодае надзвычай высокай устойлівасцю да распыляльнай карозіі (надзвычай нізкая хуткасць травлення), а тэрмін службы яго звычайна ў некалькі разоў перавышае тэрмін службы металічных кампанентаў.

●Палепшаная дакладнасць вымярэння току прамяня: паколькі PG зносаўстойлівы, памер апертуры затвора можа заставацца стабільным на працягу доўгага перыяду. Гэта гарантуе, што фокус і вугал іённага прамяня застануцца стабільнымі на працягу доўгага перыяду, што мае вырашальнае значэнне для складаных працэсаў (напрыклад, 7 нм і 5 нм), дзе патрабаванні да вугла імплантацыі надзвычай высокія.

●Выдатнае кіраванне тэмпературай: Выкарыстоўваючы надзвычай высокую цеплаправоднасць PG у плоскасці (прыблізна ў 4-5 разоў вышэйшую, чым у медзі), ён можа хутка рассейваць цяпло, якое ўтвараецца ў выніку іённай бамбардзіроўкі ўздоўж плоскасці, прадухіляючы лакальны перагрэў і дэфармацыю.

2. MOCVD і эпітаксія: у асноўным выкарыстоўваюцца для пакрыцця падкладкі

У вытворчасці святлодыёдаў (працэс GaN) або крэмніевых эпітаксіяльных працэсах найбольш часта выкарыстоўваецца графітавы субстрат (сусцэптар) не з'яўляецца зыходным графітам на яго паверхні, а звычайна пакрыты шчыльным пластом PG або SiC.

●Герметык: Нягледзячы на ​​шчыльнасць графіту, атрыманага шляхам ізастатычнага прэсавання, ён усё ж такі мікраскапічна порысты, лёгка адсарбуе газы і вызваляе часціцы або прымешкі пры высокіх тэмпературах. Пакрыццё PG, нанесенае метадам CVD, дасягае шчыльнасці, блізкай да тэарэтычнай, цалкам герметызуючы графітавую матрыцу, прадухіляючы падзенне часціц графіту і забруджванне пласціны, а таксама блакуючы вызваленне газаў-прымешак знутры графіту.

●Хімічная каразійная ўстойлівасць: У працэсе MOCVD выкарыстоўваецца вялікая колькасць аміяку (NH3) і металаарганічных крыніц, якія выклікаюць надзвычайную каразійнасць. Слой PG хімічна надзвычай інэртны, эфектыўна абараняючы ўнутраную графітавую падкладку ад карозіі.

●Выпраменьванне чорнага цела і аднастайнасць тэмпературы: PG валодае выдатнымі характарыстыкамі выпраменьвання чорнага цела, што спрыяе дакладнасці інфрачырвонай тэрмаметрыі. Яго высокая цеплаправоднасць таксама дапамагае забяспечыць больш аднастайную тэмпературу паверхні падкладкі, непасрэдна вызначаючы таўшчыню і аднастайнасць складу эпітаксіяльнага пласта.

3. Высокатэмпературныя награвальнікі:

Кампазітныя награвальнікі PBN/PG часта сустракаюцца ў камерах PVD або CVD з надзвычай высокімі патрабаваннямі да чысціні. У гэтых награвальніках не выкарыстоўваюцца традыцыйныя металічныя дроты, а замест гэтага PG у якасці пласта награвальнага рэзістара.

●Звышчысты награвальны элемент: Металічныя награвальныя элементы схільныя да выпарэння металічных прымешак пры высокіх тэмпературах. Піралітычны графіт сам па сабе ўяўляе сабой вуглярод з чысцінёй, якая перавышае 99.999%. Нават пры наяўнасці слядоў выпарэння вуглярод з'яўляецца адносна «дружалюбным» элементам у паўправадніковых працэсах (у параўнанні з золатам, меддзю, жалезам і г.д.), што значна зніжае рызыку забруджвання металам.

●Звышхуткі водгук: награвальнікі PG маюць вельмі малую цеплаёмістасць, што прыводзіць да надзвычай хуткага нагрэву і астуджэння (цеплавы водгук). Гэта вельмі выгадна для працэсаў, якія патрабуюць хуткага тэрмічнага цыклавання (RTP), значна паляпшаючы прапускную здольнасць.

● Індывідуальнае тэмпературнае поле: Дзякуючы праектаванню контуру (серпанцінавай праводкі) пласта PG можна дакладна распрацаваць размеркаванне тэмпературнага поля для кампенсацыі страт цяпла на краях паражніны, дасягаючы надзвычай высокай аднастайнасці тэмпературы пласціны.

4. Плазменнае травленне: электроды з «нізкімі стратамі»

Пры сухім травленні, асабліва ў высокаагрэсіўных асяроддзях з ужываннем газаў на аснове фтору або хлору.

●Замена расходных матэрыялаў: Хоць монакрышталічны крэмній або SiC таксама выкарыстоўваюцца ў якасці электродаў, у некаторых спецыялізаваных працэсах факусуючыя кольцы або электродныя пласціны, вырабленыя з PG, дзякуючы сваёй шчыльнасці і хімічнай устойлівасці могуць знізіць частату замены і знізіць кошт валодання.

III. Прымяненне піралітычнага графіту ў паўправадніковых працэсах

Дзякуючы высокай чысціні, стабільнасці пры высокіх тэмпературах, надзвычай нізкай газапранікальнасці, выдатнай цеплаправоднасці і кантраляванай анізатрапіі, піралітычны графіт (ПГ) стаў незаменным вугляродным матэрыялам у паўправадніковым абсталяванні. У многіх крытычных працэсных асяроддзях (высокая тэмпература, вакуум, плазма, агрэсіўныя газы), у параўнанні з металамі або керамікай, ПГ забяспечвае больш высокую стабільнасць і меншую рызыку забруджвання, і таму шырока выкарыстоўваецца ў абсталяванні для апрацоўкі паўправадніковых пласцін і расходных кампанентах.

1. Прымяненне ў абсталяванні CVD/PECVD/MOCVD

①Награвальная падкладка і кампаненты тэрмічнай гамагенізацыі

Піралітычны графіт (PG) можа выкарыстоўвацца ў якасці высокатэмпературнай награвальнай пласціны або матэрыялу задняй пласціны.

●Сусцептар у рэакцыйнай камеры эпітаксіяльнага росту MOCVD

●Апорная канструкцыя награвальнага элемента ў высокатэмпературных печах CVD

②Падкладка пакрыцця сусцэптара

У многіх працэсах MOCVD выкарыстоўваецца піраграфічны графіт з пакрыццём з карбіду крэмнію.

Перавагі піралітычнага графіту:

●Нізкая газапранікальнасць, што забяспечвае стабільнасць пакрыцця SiC

● Адсутнасць дэфармацыі пры высокіх тэмпературах, падтрыманне стабільнага размеркавання тэмпературы пласціны

●Лёгкая вага, што памяншае інэрцыю круцільных сістэм

Тыгель з піралітычным графітавым пакрыццём

2. Прымяненне ў абсталяванні для травлення

Кампаненты футроўкі поласці і структуры рэакцыйнай зоны

Піралітычны графіт валодае выдатнай каразійнай устойлівасцю і стабільнасцю пры высокіх тэмпературах у плазменным асяроддзі, што робіць яго прыдатным у якасці матэрыялу для абліцоўвання рэакцыйных камер або расходнага матэрыялу:

●Кампаненты рэакцыйнай камеры RIE, ICP

●Плазменныя перагародкі, адбівальнікі

●Заднія пласціны электродаў або ізаляцыйныя кампаненты (у залежнасці ад канструкцыі)

3. Прымяненне ў высокатэмпературным адпале і тэрмічнай апрацоўцы

Піралітычны графіт з'яўляецца ключавым кампанентам многіх высокатэмпературных печаў для тэрмічнай апрацоўкі (>1000°C), у тым ліку:

●Хуткая тэрмічная апрацоўка (RTP)

●Эпітаксіяльныя печы для карбіду крэмнію (SiC)

●Высокатэмпературныя печы для адпалу

●Графітавыя лодкі і прыстасаванні

4. Прымяненне ў загрузцы/пераносе пласцін і прыстасаваннях

ПГ, дзякуючы высокай чысціні і нізкаму ўтрыманню часціц, шырока выкарыстоўваецца ў наступных кампанентах:

●Пластыкавы сусцэптар

●Паддон для вафель/лодачка

●Краёвае кольца

●Газавы паток дэфлектара

PG асабліва падыходзіць для носьбітаў пласцін у асяроддзях высокатэмпературнай эпітаксіі або хімічных рэакцый.

5. Прымяненне ў іённай імплантацыі

Піралітычны графіт выкарыстоўваецца як:

●Спыненне прамяня

●Каліматар

●Кампаненты паглынання высокаэнергетычных іонаў

6. Патэнцыйныя прымяненні ў літаграфічных сістэмах

Нягледзячы на ​​тое, што піралітычны графіт радзей выкарыстоўваецца непасрэдна ў якасці аптычных кампанентаў, ён таксама выкарыстоўваецца ў:

●Пасткі для рассеянага святла з высокай паглынальнасцю

●Канструкцыі цеплавога кантролю для аптычных сістэм

Дзякуючы выдатным характарыстыкам паглынання чорнага цела, ён можа эфектыўна падаўляць рассеянае святло.