Midis materialeve të shumta të karbonit, grafiti pirolitik dallohet për strukturën e tij shumë të kontrollueshme me shtresa dhe anizotropinë ekstreme. Ndryshe nga grafiti natyror, grafiti pirolitik nuk rrjedh direkt nga mineralet. Në vend të kësaj, ai prodhohet përmes depozitimit kimik të avullit (CVD) në temperaturë të lartë, ku gazrat hidrokarbure dekompozohen dhe depozitohen në shtresa të atomeve të karbonit në temperatura mbi 2000°C, duke rezultuar në një strukturë grafiti artificial shumë të orientuar dhe jashtëzakonisht të pastër. Kjo metodë përgatitjeje e kontrollueshme saktësisht i lejon atij të shfaqë karakteristika të varura nga orientimi në vetitë kryesore si përçueshmëria termike, përçueshmëria elektrike dhe përgjigja magnetike, karakteristika të pakrahasueshme me grafitin natyror.

I. Çfarë është grafiti pirolitik?

Grafiti pirolitik është një material karboni shumë i orientuar i përgatitur nëpërmjet një procesi depozitimi pirolitik të avullit (CVD) në temperaturë të lartë. Ai zakonisht përdor gazra hidrokarbure (si metani) për të dekompozuar dhe depozituar atomet e karbonit në kushte të temperaturës së lartë (zakonisht >2000℃) dhe presionit të ulët. Këto atome më pas i nënshtrohen kalitjes në temperaturë të lartë për të siguruar një rregullim shumë të rregullt të shtresave të karbonit, duke rezultuar në një strukturë grafiti me orientim jashtëzakonisht të lartë.

II. Avantazhet e Grafitit Pirolitik (PG) në Proceset Gjysmëpërçuese

1. Implantimi i Jonit:

Në procesin e implantimit të jonit, PG përdoret kryesisht për të prodhuar porta (rrjeta) dhe elektroda me precizion të lartë.

● Rezistenca ndaj Implantimit të Jonit: Rrezet e joneve kanë energji jashtëzakonisht të lartë. Portat tradicionale të molibdenit (Mo) ose tungstenit (W) do t'i nënshtrohen spërkatjes fizike nën bombardimin e zgjatur të joneve. Kjo jo vetëm që shkakton hollimin dhe deformimin e vetë portës, por atomet e metalit të spërkatur bëhen gjithashtu një burim serioz i ndotjes së metalit. PG shfaq rezistencë jashtëzakonisht të fortë ndaj korrozionit të spërkatjes (shkallë jashtëzakonisht e ulët e gdhendjes) dhe jetëgjatësia e tij është zakonisht disa herë më e lartë se ajo e përbërësve metalikë.

●Saktësi e Përmirësuar e Rrymës së Rrezes: Meqenëse PG është rezistente ndaj konsumimit, madhësia e hapjes së portës mund të mbetet e qëndrueshme për një periudhë të gjatë kohore. Kjo siguron që fokusi dhe këndi i rrezes jonike të mbeten të qëndrueshme për një periudhë të gjatë kohore, gjë që është thelbësore për proceset e avancuara (si 7nm dhe 5nm) ku kërkesat e këndit të implantimit janë jashtëzakonisht të larta.

●Menaxhim i Shkëlqyer Termik: Duke shfrytëzuar përçueshmërinë termike jashtëzakonisht të lartë në plan të PG-së (afërsisht 4-5 herë më të lartë se bakri), ajo mund të shpërndajë me shpejtësi nxehtësinë e gjeneruar nga bombardimi jonik përgjatë planit, duke parandaluar mbinxehjen dhe deformimin lokal.

2. MOCVD dhe Epitaksi: Përdoren kryesisht për veshjen e substratit

Në prodhimin e LED-ve (procesi GaN) ose proceset epitaksiale të silikonit, substrati i grafitit (Susceptor) që përdoret më shpesh nuk është grafiti origjinal në sipërfaqen e tij, por zakonisht është i mbuluar me një shtresë të dendur PG ose SiC.

●Vulosës: Edhe pse grafiti i shtypur izostatikisht është i dendur, ai është ende mikroskopikisht poroz, duke adsorbuar lehtësisht gazra dhe duke lëshuar grimca ose papastërti në temperatura të larta. Veshja PG, e depozituar përmes CVD, arrin një dendësi afër dendësisë teorike, duke e mbyllur plotësisht matricën e grafitit, duke parandaluar rënien dhe ndotjen e pllakës së grafitit, si dhe duke bllokuar çlirimin e gazrave të papastërtive nga brenda grafitit.

●Rezistenca ndaj Korrozionit Kimik: Procesi MOCVD përdor sasi të mëdha amoniaku (NH3) dhe burime metalo-organike, të cilat janë jashtëzakonisht korrozive. Shtresa PG është kimikisht jashtëzakonisht inerte, duke mbrojtur në mënyrë efektive substratin e brendshëm të grafitit nga korrozioni.

●Rrezatimi i Trupit të Zi dhe Uniformiteti i Temperaturës: PG zotëron karakteristika të shkëlqyera të rrezatimit të trupit të zi, duke kontribuar në saktësinë e termometrisë infra të kuqe. Përçueshmëria e saj superiore termike gjithashtu ndihmon në sigurimin e një temperature sipërfaqësore më uniforme të substratit, duke përcaktuar drejtpërdrejt trashësinë dhe uniformitetin përbërës të shtresës epitaksiale.

3. Ngrohës me temperaturë të lartë:

Ngrohësit kompozitë PBN/PG gjenden shpesh në dhomat PVD ose CVD me kërkesa jashtëzakonisht të larta pastërtie. Këta ngrohës nuk përdorin tela metalikë tradicionalë, por në vend të kësaj përdorin PG si shtresë rezistori ngrohës.

●Element Ngrohës Ultra i Pastër: Elementet metalike të ngrohjes janë të prirura ndaj avullimit të papastërtive metalike në temperatura të larta. Grafiti pirolitik në vetvete është karbon, me një pastërti që tejkalon 99.999%. Edhe me sasi gjurmësh avullimi, karboni është një element relativisht "miqësor" në proceset gjysmëpërçuese (krahasuar me arin, bakrin, hekurin, etj.), duke zvogëluar ndjeshëm rrezikun e kontaminimit të metaleve.

● Përgjigje Ultra e Shpejtë: Ngrohësit PG kanë një kapacitet shumë të vogël nxehtësie, duke rezultuar në shpejtësi jashtëzakonisht të shpejta ngrohjeje dhe ftohjeje (përgjigje termike). Kjo është shumë e dobishme për proceset që kërkojnë cikël të shpejtë termik (RTP), duke përmirësuar ndjeshëm rendimentin.

● Fushë Temperature e Personalizuar: Duke projektuar rrugën e qarkut (instalimet serpentine) të shtresës PG, shpërndarja e fushës së temperaturës mund të projektohet saktësisht për të kompensuar humbjen e nxehtësisë në skajet e zgavrës, duke arritur uniformitet jashtëzakonisht të lartë të temperaturës së pllakës.

4. Gdhendje me Plazmë: Elektroda "me humbje të ulëta"

Në gdhendjen e thatë, veçanërisht në mjedise shumë korrozive që përfshijnë gazra me bazë fluori ose klori.

●Zëvendësimi për Materialet e Konsumit: Ndërsa silici monokristalor ose SiC përdoren gjithashtu si elektroda, në disa procese të personalizuara, unazat e fokusit ose pllakat e elektrodës të bëra nga PG, për shkak të dendësisë dhe rezistencës kimike të tyre, mund të zvogëlojnë frekuencën e zëvendësimit dhe të ulin Koston e Pronësisë (CoO).

III. Zbatimet e Grafitit Pirolitik në Proceset Gjysmëpërçuese

Për shkak të pastërtisë së lartë, stabilitetit në temperaturë të lartë, përshkueshmërisë jashtëzakonisht të ulët të gazit, përçueshmërisë së shkëlqyer termike dhe anizotropisë së kontrollueshme, grafiti pirolitik (PG) është bërë një material i domosdoshëm me bazë karboni në pajisjet gjysmëpërçuese. Në shumë mjedise kritike të procesit (temperaturë e lartë, vakum, plazmë, gazra korrozivë), krahasuar me metalet ose qeramikën, PG ofron stabilitet më të lartë dhe rrezik më të ulët kontaminimi, dhe për këtë arsye përdoret gjerësisht në pajisjet e përpunimit të pllakave gjysmëpërçuese dhe në komponentët e konsumueshëm.

1. Zbatimet në pajisjet CVD/PECVD/MOCVD

① Substrati i Ngrohësit dhe Komponentët e Homogjenizimit Termik

Grafiti pirolitik (PG) mund të përdoret si pllakë ngrohjeje me temperaturë të lartë ose si material për pllakën e pasme.

●Susceptor në dhomën e reagimit të rritjes epitaksiale të MOCVD

●Struktura mbështetëse e elementit ngrohës në furrat CVD me temperaturë të lartë

②Substrati i veshjes së susceptorit

Shumë procese MOCVD përdorin grafit pirolitik të veshur me SiC.

Avantazhet e grafitit pirolitik:

● Përshkueshmëri e ulët e gazit, duke siguruar stabilitetin e veshjes SiC

● Pa deformim në temperatura të larta, duke ruajtur shpërndarje të qëndrueshme të temperaturës së pllakës

● Pesha e lehtë, duke zvogëluar inercinë e sistemeve rrotulluese

Crucible e veshur me grafit pirolitik

2. Zbatimet në Pajisjet e Gdhendjes

Rreshtimi i zgavrës dhe përbërësit strukturorë të zonës së reagimit

Grafiti pirolitik shfaq rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit dhe stabilitet të shkëlqyer në temperatura të larta në mjediset plazmatike, duke e bërë atë të përshtatshëm si material për veshjen e dhomës së reagimit ose si material i konsumueshëm:

● Komponentët e dhomës së reagimit RIE, ICP

● Deflektorë plazme, reflektorë

●Pllaka mbështetëse elektrodash ose përbërës izolues (në varësi të dizajnit)

3. Zbatimet në Pjekjen dhe Trajtimin me Temperaturë të Lartë

Grafiti pirolitik është një material përbërës kyç në shumë furra trajtimi me nxehtësi në temperaturë të lartë (>1000°C), duke përfshirë:

● Përpunim i Shpejtë Termik (RTP)

●Furrat Epitaksiale të Karbitit të Silicit (SiC)

●Furra Pjekjeje me Temperaturë të Lartë

● Varka dhe Pajisje Grafiti

4. Zbatimet në Ngarkimin/Transferimin e Napolitanëve dhe Pajisjet e Lidhjeve

PG, për shkak të pastërtisë së lartë dhe ndotjes së ulët të grimcave, përdoret gjerësisht në përbërësit e mëposhtëm:

●Suspektor me pllaka

●Mbartës/Varkë me Pllaka

● Unazë skaji

● Defender rrjedhjeje gazi

PG është veçanërisht i përshtatshëm për mbështetëset e napolitanëve në mjedise epitaksie me temperaturë të lartë ose reaksione kimike.

5. Zbatime në implantimin jonik

Grafiti pirolitik përdoret si:

● Ndalesë rrezesh

●Kolimator

● Komponentë për thithjen e joneve me energji të lartë

6. Zbatime të mundshme në sistemet e litografisë

Edhe pse përdoret më rrallë drejtpërdrejt si komponentë optikë, grafiti pirolitik përdoret gjithashtu në:

● Kurthe të dritës së humbur me thithje të lartë

●Strukturat e kontrollit termik për sistemet optike

Për shkak të karakteristikave të shkëlqyera të thithjes së trupit të zi, ai mund të shtypë në mënyrë efektive dritën e humbur.