तीसरी पीढ़ी की तीसरी पीढ़ी के बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले उपकरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उच्च गुणवत्ता वाले SiC एकल क्रिस्टल उगाने के लिए भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि प्रमुख तकनीक है। हालाँकि, इसका बंद उच्च तापमान वाला वातावरण ग्रेफाइट क्रूसिबल के संक्षारण प्रतिरोध और थर्मल क्षेत्र एकरूपता पर सख्त आवश्यकताएं लगाता है। टैंटलम कार्बाइड (TaC) कोटिंग्स, जो अपने उच्च गलनांक, उत्कृष्ट तापीय चालकता और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के लिए जानी जाती हैं, क्रूसिबल जीवन को बढ़ाने और क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री बन गई हैं।
2200 डिग्री से अधिक उच्च तापमान वाले वातावरण में ग्रेफाइट क्रूसिबल में ऑक्सीकरण और संक्षारण का खतरा होता है, जिससे सेवा जीवन कम हो जाता है। CO₂ और SiO₂ जैसे उत्पादों द्वारा संक्षारण क्रिस्टल को दूषित कर सकता है, जिससे कार्बन या सिलिकॉन समावेशन बनता है जो माइक्रोपाइप और डिस्लोकेशन जैसे दोष उत्पन्न करता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता में काफी गिरावट आती है। इस चुनौती का समाधान करने के लिए, शोधकर्ताओं ने TaC को इसके उच्च गलनांक (~3880 डिग्री), मजबूत तापीय चालकता (22 W/m·K), और संक्षारण प्रतिरोध के कारण एक अत्यधिक आशाजनक कोटिंग सामग्री के रूप में पहचाना।
2010 से पहले, निर्माण प्रक्रियाओं में चुनौतियों और TaC और ग्रेफाइट सब्सट्रेट के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में बेमेल के कारण होने वाली दरार के कारण TaC कोटिंग्स का व्यापक रूप से SiC क्रिस्टल विकास में उपयोग नहीं किया जाता था। कोटिंग तैयार करने के तरीकों में गहन शोध के साथ, विशेष रूप से 2010 के बाद, शोधकर्ताओं ने रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) और पिघला हुआ नमक प्रतिक्रिया विधियों का उपयोग करके ग्रेफाइट सतहों पर उच्च गुणवत्ता वाले टीएसी कोटिंग्स को सफलतापूर्वक जमा किया। 2020 से, TaC कोटिंग्स ने औद्योगिक अनुप्रयोग में प्रवेश किया है। पीवीटी वातावरण में ग्रेफाइट ऑक्सीकरण को महत्वपूर्ण रूप से दबाने की उनकी क्षमता के लिए धन्यवाद, TaC कोटिंग्स क्रूसिबल जीवन को अनकोटेड ग्रेफाइट क्रूसिबल की तुलना में तीन गुना से अधिक तक बढ़ा देती हैं। प्रयोगों से पता चलता है कि 2200 डिग्री पर 500 घंटे के निरंतर उपयोग के बाद, TaC लेपित ग्रेफाइट क्रूसिबल की सतह पर केवल माइक्रोन-स्केल संक्षारण गड्ढे दिखाई देते हैं, जबकि बिना लेपित ग्रेफाइट गंभीर रूप से कार्बोनाइज्ड होता है।
TaC कोटिंग्स तैयार करने की मुख्य विधियों में सीटू प्रतिक्रिया, घोल सिंटरिंग, प्लाज्मा छिड़काव और रासायनिक वाष्प जमाव शामिल हैं।
-सीटू प्रतिक्रिया विधि में: कच्चे माल के रूप में धात्विक टैंटलम पाउडर और कार्बन सामग्री का उपयोग करता है; ठोस अवस्था प्रतिक्रिया के माध्यम से, टैंटलम और कार्बन सीधे कार्बन सामग्री की सतह पर मिलकर एक TaC कोटिंग बनाते हैं।
घोल सिंटरिंग विधि: एक स्थिर सस्पेंशन घोल बनाने के लिए कोटिंग पाउडर को सॉल्वैंट्स और एडिटिव्स के साथ समान रूप से मिलाया जाता है, जिसे सब्सट्रेट सतह पर समान रूप से लगाया जाता है, सुखाया जाता है, और फिर TaC कोटिंग बनाने के लिए उच्च तापमान पर सिंटर किया जाता है। इस विधि से 10-50 μm के दाने के आकार और 100 μm के आसपास कोटिंग की मोटाई के साथ सघन, दरार मुक्त TaC कोटिंग प्राप्त होती है। अनाज की वृद्धि में कोई पसंदीदा अभिविन्यास प्रदर्शित नहीं होता है, जिससे मर्मज्ञ दरारें बनने से बचा जा सकता है।
प्लाज्मा छिड़काव विधि: कोटिंग सामग्री को उच्च तापमान पर पिघलाया जाता है, उच्च वेग जेट द्वारा बारीक बूंदों या उच्च तापमान वाले कणों में परमाणुकृत किया जाता है, और एक कोटिंग बनाने के लिए पूर्व-उपचारित सब्सट्रेट सतह पर स्प्रे किया जाता है।
रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी): मुख्य तंत्र में एक उच्च तापमान प्रतिक्रिया कक्ष के अंदर कई भौतिक रासायनिक चरण {{0}अग्रगामी पायरोलिसिस, गैस {{1}चरण प्रसार, इंटरफेशियल प्रतिक्रियाएं, और सतह जमाव {{2} शामिल होते हैं, जो अंततः सब्सट्रेट सतह पर एक घने कार्यात्मक कोटिंग बनाते हैं।