Lớp phủ TaC Crucible cho sự tăng trưởng tinh thể AlN

Thế hệ thứ ba của vật liệu bán dẫn AlN thuộc về chất bán dẫn vùng cấm trực tiếp, băng thông 6,2 eV, có độ dẫn nhiệt, điện trở suất, cường độ trường đánh thủng cao cũng như độ ổn định nhiệt và hóa học tuyệt vời, không chỉ là ánh sáng xanh, vật liệu tia cực tím quan trọng , hoặc các thiết bị điện tử và mạch tích hợp, bao bì quan trọng, vật liệu cách ly và cách điện điện môi, đặc biệt đối với các thiết bị công suất cao nhiệt độ cao. Ngoài ra, AlN và GaN có khả năng tương thích nhiệt và hóa học tốt, AlN được sử dụng làm chất nền epitaxy GaN, có thể làm giảm đáng kể mật độ khuyết tật trong thiết bị GaN, cải thiện hiệu suất thiết bị.

Hiện nay trên thế giới đã có khả năng nuôi cấy các thỏi AlN có đường kính 2 inch, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết để phát triển các tinh thể có kích thước lớn hơn, và vật liệu làm nồi nấu kim loại là một trong những vấn đề đó.

Phương pháp PVT phát triển tinh thể AlN trong môi trường nhiệt độ cao, các hoạt động khí hóa AlN, vận chuyển pha khí và kết tinh lại được thực hiện trong các nồi nấu kim loại tương đối kín, do đó khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và tuổi thọ dài đã trở thành các chỉ số quan trọng của vật liệu nấu kim loại cho Sự phát triển của tinh thể AlN.

Vật liệu nấu kim loại hiện có chủ yếu là gốm kim loại chịu lửa W và TaC. Nồi nấu kim loại W có tuổi thọ nồi nấu kim loại ngắn do phản ứng chậm với AlN và sự ăn mòn cacbon hóa trong lò nung khí quyển C. Hiện nay, vật liệu nồi nấu kim loại tăng trưởng tinh thể AlN thực sự chủ yếu tập trung vào vật liệu TaC, là hợp chất nhị phân có điểm nóng chảy cao nhất với các tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời, chẳng hạn như điểm nóng chảy cao (3.880oC), độ cứng Vickers cao (＞9,4) GPa) và mô đun đàn hồi cao; nó có tính dẫn nhiệt, dẫn điện và chống ăn mòn hóa học tuyệt vời (chỉ hòa tan trong dung dịch hỗn hợp axit nitric và axit flohydric). Ứng dụng của TaC trong nồi nấu kim loại có hai dạng: một là chính nồi nấu kim loại TaC và hai là làm lớp phủ bảo vệ cho nồi nấu kim loại bằng than chì.

Nồi nấu kim loại TaC có ưu điểm là độ tinh thể cao và giảm chất lượng nhỏ, nhưng nồi nấu kim loại khó hình thành và giá thành cao. Nồi nấu kim loại được phủ TaC, kết hợp giữa khả năng xử lý dễ dàng vật liệu than chì và độ nhiễm bẩn thấp của nồi nấu kim loại TaC, đã được các nhà nghiên cứu ưa chuộng và đã áp dụng thành công cho sự phát triển của tinh thể AlN và tinh thể SiC. Bằng cách tối ưu hóa hơn nữa quy trình phủ TaC và cải thiện chất lượng lớp phủ,chén nung than chì được phủ TaCsẽ là lựa chọn đầu tiên cho nồi nấu kim loại phát triển tinh thể AlN, có giá trị nghiên cứu lớn trong việc giảm chi phí phát triển tinh thể AlN.