AFTech：创造杀手级涂层

用于 MOCVD 反应器中极其昂贵的石墨部件的新涂层将大幅削减 SiC 外延的成本。 Rebecca Pool 与 AFTech 的研究主管 Zoe Tolkien 进行了交谈，他正在实现这一目标。

今年早些时候，总部位于英国的 MOCVD 服务提供商 Advanced Furnace Technology 从英国研究与创新 (UKRI) 那里获得了超过 100 万英镑的资金，用于为鲜为人知但价格昂贵的石墨部件开发一种新型涂层方法，有助于外延晶片的生长。

从晶圆载体和排气收集器到天花板和接收器，MOCVD 反应器中的石墨“家具”都涂有高度稳定的 SiC，以防止晶圆污染。但是，虽然 SiC 涂层适用于大多数 III-V 半导体外延片生产，但在使用 SiC 材料时会出现问题。

根据 AFTech 研究总监 Zoe Tolkien 的说法， 涂层石墨内部家具是所有 MOCVD 工艺不可或缺的一部分，因为它可以承受快速的辐射热循环而不会开裂。此外，清洁这些昂贵的部件以延长使用寿命对于降低制造成本至关重要。

“经过几次运行后， GaN 晶片的制造商将这些部件打包并发送给我们，以便我们可以对其进行清洁 - 这对我们来说已经成为一项蓬勃发展的业务，”她说。 “但是清除 涂层部件上的 沉积物同时保持涂层完整是很困难的。”

“据我们所知，没有人能够为高产量、高产量的 SiC 商业工艺做到这一点——你最终也只是将涂层清洗掉，这意味着部件需要重新涂层，”她解释道。 “因此， 涂层对于 外延生长来说并不实用。”

但碳化钽可以提供答案。金属碳化物作为石墨涂层已经引起了全世界的兴趣。它提供高度均匀的涂层，在 SiC 的极端外延生长温度下稳定，可以抑制杂质从石墨部件迁移并延长石墨部件寿命。

AFTech 的碳化钽团队从左到右：Paulina Kocyk、Paul Tolkien、Zoe Tolkien、Tony Hayden、Sandra Nechibvute、Graham Gurry。

事实上，今年 6 月，美国行业分析师 Persistence Market Research 估计，未来十年石墨市场的 TaC 涂层将以 5% 的复合年增长率增长，主要参与者来自日本、韩国和台湾。尽管如此，问题仍然存在。

TaC 涂层和石墨表面之间的热应力通常会导致涂层从基材上分层，从而降低这些石墨部件的使用寿命，而Aixtron目前正试图解决这个问题。正如 UKRI 关于 AFTech 项目的报告中所详述的那样，来自Aixtron 韩国和美国供应商的零件出现分层，导致反应堆制造商向 AFTech 寻求解决方案。

正如Tolkien 所说：“我们不是这里的第一个创新者，我们的客户已经有了供应商，但他们想要一个额外的具有 CVD 专业知识的供应商……所以我们将优化沉积工艺。”

在接下来的四年里，Tolkien 及其同事将研究如何最好地用 TaC 涂覆石墨部件，以减少热应力、防止分层并将寿命延长 50%。目前，他们正在 AFTech 的实验室 CVD 器件中试验反应气体的质量流量比。

总体思路是随着层沉积在石墨上以在整个涂层上产生 TaC 梯度，增加反应气体的这一比率。最初的富碳层将与石墨基材的热膨胀系数更加匹配，从而减少分层的机会。同时，富含金属碳化物的外部层将为 SiC 外延提供至关重要的稳定性。

碳化钽实验 CVD 炉室。

Tolkien 还打算扩大 TaC 沉积工艺的规模，为商业化做好准备。 “规模从来都不是线性的，将有大量的实验工作来达到 [大规模] 的高产量点——创新将体现在我们的方法和仔细的过程控制中，”她说， “如果我们能够克服热系数不匹配的问题，我们就会出现分层裂纹，并能够延长这些部件的使用寿命。”

假设项目成功，那么 AFTech 的未来将非常光明。无分层 TaC 涂层石墨工艺将首先让这家总部位于剑桥的公司为 MOCVD 反应器制造必要的内部器件，这些器件将由世界领先的供应商销售。届时，该公司还将在快速扩张的 SiC 半导体供应链中占据关键地位。

“最终，我们希望我们能够提高 SiC 半导体市场的外延片生长效率，”Tolkien说。 “我们是一家小公司，但希望为 器件的升级做出贡献， 器件对能源效率和碳净零排放非常重要。 在我看来，效率正在通过供应链的创新来实现，我们希望能成为其中的一部分。”

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