Användning och urval av kolgrafitprodukter för halvledarindustrin

I halvledarindustrin används hög renhetsgrafit främst för att tillverka enkristallugngrafitvärmesystem, elektroniska enhetsformar, sintring av isolering och tyristor sintringformar.

1. Grafitvärmare
Kraven för värmesystem med enkelkristall är att säkerställa tillräcklig värme för att snabbt smälta kisel, germanium och andra material, samtidigt som man möjliggör exakt och bekväm temperaturjustering. Därför uppnås uppvärmning vanligtvis med användning av motståndsuppvärmning och högfrekvent uppvärmning.

Vanliga motståndsuppvärmningsmetoder består främst av en transformator och en grafitvärmare. Vanliga grafitvärmare former inkluderar kopp, rak och spiral.

Värmarens storlek, form och spårhöjd bestäms främst genom smältflöde och kristalldragningseffektivitet. Dess motstånd måste matcha transformatorns. Värmarens inre diameter och höjd väljs så att toppen av grafitbrickan ligger inom värmarens högtemperaturzon under kiselmältning och botten av brickan ligger inom värmarens högtemperaturzon under kristalldragning. Längden på värmarens högtemperaturzon är relaterad till längden på värmarens spår. När värmarens inre diameter och höjd har bestämts bestäms värmarbladens tjocklek baserat på transformatorns utgångseffekt.

2. Grafitelektroder, grafitpelare och andra grafitdelar
I enkristallugnar används grafit med hög renhet inte bara för värmare utan också för grafitelektroder, pelare, isoleringsskydd, frökristallhållare, slaggbrickor och brickor.

Principen, utrustning (när man använder enkristalldragning) och driftsprocessen för att dra germanium enstaka kristaller med czochralski-metoden är i princip densamma som de för att dra ovannämnda kisel enkla kristaller. Skillnaden är att grafit kan användas när man drar germanium enstaka kristaller, medan kvartsförstärkning måste installeras på grafitstödet när man drar kiselkristaller eftersom kisel och grafit reagerar vid höga temperaturer.

3. Grafitisoleringsfat
I zonsmältning används ofta grafitisoleringsfat för att minska dislokationstätheten.

Grafitfatet är klämt fast vid den nedre räknarspolen och upphettas till rött genom högfrekvent elektromagnetisk induktion. Den strålande värmen från fatet minskar värmeförlusten i den producerade kristallen, bibehåller ett relativt enhetligt temperaturfält och uppnår den önskade isoleringen.

Den övre änden av grafitfatet måste vara i nivå med eller något högre än det nedre gränssnittet i smältzonen; Detta är avgörande för att minska dislokationstätheten. Om det är 2-3 mm under kristallisationsgränssnittet kommer dislokationstätheten att stiga till tiotusentals per kvadratcentimeter. Om det är ungefär 10 mm under kristallisationsgränssnittet kommer den enskilda kristallen att utveckla många defekter och närma sig ett polykristallint tillstånd. Den relativa positionen för grafitfatet och kristallisationsgränssnittet bestäms huvudsakligen av avståndet mellan den nedre räknarspolen och huvudspolen. Den övre änden av grafitfatet måste vara jämnt med eller 0,5-1 mm högre än den nedre räknarspolen.

Temperaturen på grafitfatet bör vara lämplig, varken för mörk eller för ljus. Överdriven temperatur kan smälta enkristallytan eller producera glidlinjer. Den heta zonen för grafitcylindern har en viss längd och en lutning från topp till botten. Därför placeras en större spole på lämpligt sätt under den lägre motspolen för hjälpvärme. Rödheten hos grafitcylindern beror på dess relativa position till den lägre motspolen: ju högre den är, desto rödare blir den, medan desto lägre blir den, desto mörkare blir den. Kontaktområdet mellan grafitcylindern och spolen kan mörkna på grund av kylvattnet inuti spolen, så spolen bör bara kontakta grafiten på några punkter. Vid spolens krökningar, där den magnetiska flödesdensiteten är hög, kommer grafiten att vara särskilt ljus. Sågnedskärningar bör göras på grafiten på dessa platser för att eliminera de ljusa fläckarna.

Även om användning av en grafitcylinder för värmebevarande är bekvämt för stabil produktion av zonsmältande enstaka kristaller med låg dislokationstäthet och inte har någon märkbar effekt på den enskilda kristallens resistivitet, bör noggrann uppmärksamhet ägnas åt placeringen av grafitcylindern, liksom dess strikta hantering och korrekt användning, för att undvika andra negativa effekter.

Eftersom grafit med hög renhet har egenskaperna för hög temperaturmotstånd, hög renhet, dimensionell stabilitet vid höga temperaturer och god termisk chockmotstånd, används den i stor utsträckning i halvledarindustrin för att göra olika sintrande formar.

1. Formar för sintring av elektroniska enheter.
Grafit sintringformar är lämpliga för sintring av kärnorna i olika typer av dioder, trioder, tyristorer och andra enheter. Figur 4 visar några exempel på sintringformar. Grafitbåtar används också när man drar enstaka kristaller med hjälp av den högfrekventa ugnszonsmältningsmetoden.

2. Olika isolator sintringformar.

Grafitformar används huvudsakligen för att sintra olika typer av triode-kiselkylare, tyristoruttag, kondensatorisolator sintring, tjock film och tunnfilmintegrerad kretsisolator sintring, ultralysande reläer, anslutningar och andra komponenter isolator sintring formar, etc. Figur 5 visar vissa tyristor-tubes och olika isolatorer.

Halvledarindustrin kräver högsta möjliga renhet för sina grafitmaterial, särskilt för grafitkomponenter som kommer i direktkontakt med halvledarmaterial, såsom Crucibles och sintringformar. Eftersom föroreningsnivåerna är höga måste renheten på den råa grafiten vara strikt kontrollerad och askinnehållet måste minimeras genom högtemperaturgrafitisering.

Halvledarindustrin kräver också finkornig grafit. Finkornig grafit underlättar inte bara bearbetningsprecision utan erbjuder också hög högtemperaturstyrka och minimal slitage. Sinterande formar kräver i synnerhet extremt hög bearbetningsprecision.

Eftersom grafitkomponenter som används i halvledarindustrin (inklusive värmare och sintringsformar) måste tåla upprepade uppvärmnings- och kylningscykler, kräver deras livslängd utmärkt dimensionell stabilitet och termisk chockmotstånd vid höga temperaturer. För att uppfylla dessa krav producerar mitt land för närvarande en rad grafitmaterial som är lämpliga för halvledarindustrin. För betyg och prestationsinformation, se JB/T 2750.

Grafit tillverkad av okalkinerad petroleumkoks är ett finkornigt strukturellt material med hög mekanisk styrka. Det kan användas för att tillverka elektroniska produkter såsom glas, tunna plattor, skivor, värmare för vakuum och högfrekventa ugnar, värmesköldar, grafiträtter för smältande rena metaller, gripare (chuckar) för högfrekventa experimentella utrustning, varmpressande utformningar och filter. Detta material kan arbeta vid temperaturer under 2500 grader i inerta eller skyddande atmosfärer och kan arbeta under längre perioder under 2000 grader i ett vakuum (10-4 till 10-5 mmHg). Egenskaperna för MIIT-8-grafit listas. Detta material kan göras till specialformade produkter.

Grafit med hög renhet används i olika komponenter inom halvledarteknologi. Det produceras genom rening av vanlig strukturell grafit med reaktiva gaser under grafitiseringsprocessen. Renad grafit måste bearbetas under förhållanden som förhindrar förorening av slutprodukten. Askinnehållet i denna grafit (efter rening) bör inte överstiga 1 × 10-3%, järnet, aluminium- och magnesiuminnehållet bör inte överstiga 3 × 10-5%, och koppar-, bor- och manganinnehållet bör inte överstiga 1 × 10-3%. Dessa föroreningsgränser uppfyller renhetsgraden. Kisel- och kalciuminnehållet i denna grafit bör inte överstiga 3 × 10-4 (massa%). Föroreningsinnehåll i grafit med hög renhet och ultrahög renhet visas (i UG/G).

Industriellt tillgängligt, även renare strukturell grafit är också tillgänglig. Produkter tillverkade av denna typ av grafit genomgår ytterligare rening efter bearbetning för att minska ytföroreningar. Föroreningsgränser inkluderar: järn, aluminium, magnesium, bor, koppar och mangan får inte överstiga 1 × 10-3%, kisel får inte överstiga 3 × 10-3%, och titan, nickel, krom och andra element får vara mindre än 1 × 10-5%. Askinnehållet i dessa grafiter sträcker sig från 0 till 10-4%.

Ultra-ren, höghållfast grafit med ett skyddande skikt är tillverkat av vanlig finstrukturerad grafit som har renats och avgasats i ett vakuum, följt av ytdensifiering med pyrolytiskt kol. Produkter tillverkade av detta material (värmare, skivor, grafiträtter etc.) kan användas för att odla tunna filmer med kisel med hjälp av gasens epitaxial tillväxtmetod. Föroreningsnivåer inom dessa produkter är: järn överstiger inte 5 × 10-4%, aluminium överstiger inte 2 × 10-4%, magnesium och koppar överstiger inte 5 × 10-5%, titan överstiger inte 1 × 10-4%, och nickel och kobolt överstiger inte 1 × 10-5%.

Tjockleken på det tätade skyddsskiktet som bildas av pyrolytiskt kol är inte större än 2 mm. Ett tunt skikt av pyrolytisk grafit, inte mer än 0,1 mm tjockt, kan också avsättas på ytan av den tätade produkten. Grafitprodukter densifierade med pyrolytiskt kol minskar signifikant deras permeabilitet och gasfrisättning (gasdesorptionshastighet).

Oanvända grafitvärmeelement, isoleringsskydd, konsoler, frökristallhållare och andra grafitkomponenter måste förbehandlas före användning för att förhindra kontaminering av halvledarmaterial. Detta beror på att grafitpulver kan hålla fast vid komponenternas yta eller tränga igenom porerna på grafiten under bearbetning, och andra föroreningar kan också införas i grafitporerna.

En metod för förbehandling är att blötlägga komponenterna i koltetraklorid i flera timmar, skölj sedan av avjoniserat vatten och torka dem. Vakuumvärme dem vid driftstemperatur i 3-4 timmar och lagra dem för senare användning.

En annan förbehandlingsmetod är att blötlägga komponenterna i elnätet i 24 timmar, ta bort dem och koka dem flera gånger med avjoniserat vatten tills lösningen är neutral. Efter torkning, placera komponenterna i en ugn och värma dem i ett vakuum (vanligtvis över 10-1 mmHg) i 1 timme. Temperaturen ska vara något högre än driftstemperaturen. Efter kylningen, ta bort dem och placera dem i en torkmedel för senare användning.

Begagnade grafitkomponenter måste lagras korrekt. Innan återanvändning, ta först bort ytlagret utan . 0 metallografiskt sandpapper, rengör sedan med avjoniserat vatten och vattenfri alkohol och sedan torrt.

Källa: National Abrasive Quality Inspection System (NAQS)

Friskrivningsklausul: Ovanstående artiklar är original från plattformen eller omtryckt från internet. Om de involverar upphovsrätt, eller om upphovsrättsägaren är ovillig att publicera dem på den här plattformen, vänligen kontakta oss så kommer vi att ta bort dem så snart vi får informationen.