Karbono-material ugarien artean, grafito pirolitikoa nabarmentzen da bere geruza-egitura oso kontrolagarriagatik eta anisotropia muturrekoagatik. Grafito naturala ez bezala, grafito pirolitikoa ez da zuzenean mineraletatik eratorria. Horren ordez, tenperatura altuko lurrun kimikoaren bidezko deposizioaren (CVD) bidez ekoizten da, non hidrokarburo gasak deskonposatzen eta karbono atomoen geruzetan metatzen diren 2000 °C-tik gorako tenperaturetan, eta horrek grafito artifizialaren egitura oso orientatu eta purua sortzen du. Prestaketa-metodo zehatz-mehatz kontrolatu honek orientazioaren araberako ezaugarriak erakustea ahalbidetzen dio eroankortasun termikoa, eroankortasun elektrikoa eta erantzun magnetikoa bezalako propietate gakoetan, grafito naturalak paregabeak diren ezaugarriak.

I. Zer da grafito pirolitikoa?

Grafito pirolitikoa tenperatura altuko lurrun-deposizio pirolitiko (CVD) prozesu baten bidez prestatutako karbono-material oso orientatua da. Normalean hidrokarburo gasak (metanoa adibidez) erabiltzen ditu karbono-atomoak deskonposatzeko eta metatzeko tenperatura altuko (normalean >2000℃) eta presio baxuko baldintzetan. Ondoren, atomo hauek tenperatura altuko errekuntza baten menpe jartzen dira karbono-geruzen antolamendu oso ordenatua bermatzeko, eta horren ondorioz orientazio oso handiko grafito-egitura bat lortzen da.

II. Grafito pirolitikoaren (PG) abantailak erdieroaleen prozesuetan

1. Ioien inplantazioa:

Ioi inplantazio prozesuan, PG batez ere zehaztasun handiko ateak (sareak) eta elektrodoak fabrikatzeko erabiltzen da.

●Ioi Inplantazioaren Erresistentzia: Ioi-sortek energia oso altua dute. Molibdeno (Mo) edo tungsteno (W) ate tradizionalek ihinztadura fisikoa jasango dute ioi-bonbardaketa luzearen pean. Horrek ez du atea bera mehetu eta deformatzea eragiten bakarrik, ihinztadura bidezko metal atomoak metalaren kutsadura-iturri larri bihurtzen dira. PG-k ihinztadura bidezko korrosioarekiko erresistentzia oso handia erakusten du (grabatze-tasa oso baxua), eta bere iraupena normalean metalezko osagaiena baino hainbat aldiz handiagoa da.

●Izpi-korrontearen zehaztasun hobetua: PG higadurarekiko erresistentea denez, atearen irekiduraren tamaina egonkor mantendu daiteke denbora luzez. Horrek bermatzen du ioi-izpiaren fokua eta angelua egonkor mantentzen direla denbora luzez, eta hori funtsezkoa da prozesu aurreratuetarako (adibidez, 7nm eta 5nm), non inplantazio-angeluaren eskakizunak oso altuak diren.

● Kudeaketa Termiko Bikaina: PG-ren plano barruko eroankortasun termiko oso altua erabiliz (kobrearenaren 4-5 aldiz gutxi gorabehera), ioien bonbardaketan sortutako beroa azkar xahutzen du planoan zehar, tokiko gehiegi berotzea eta deformazioa saihestuz.

2. MOCVD eta Epitaxia: Batez ere substratuaren estaldurarako erabiltzen dira

LED fabrikazioan (GaN prozesua) edo silizio epitaxial prozesuetan, gehien erabiltzen den grafito substratua (Susceptor) ez da bere gainazaleko jatorrizko grafitoa, baizik eta normalean PG edo SiC geruza trinko batez estalita egoten da.

●Zigilatzailea: Isostatikoki prentsatutako grafitoa trinkoa den arren, mikroskopikoki porotsua da oraindik, gasak erraz xurgatzen ditu eta partikulak edo ezpurutasunak askatzen ditu tenperatura altuetan. CVD bidez metatutako PG estaldurak dentsitate teorikotik gertu dagoen dentsitatea lortzen du, grafito matrizea guztiz zigilatuz, grafito partikulak erortzea eta oblea kutsatzea eragotziz, eta grafitoaren barruko ezpurutasun-gasen askapena blokeatuz ere.

● Korrosio kimikoarekiko erresistentzia: MOCVD prozesuak amoniako (NH3) eta iturri metal-organiko kantitate handiak erabiltzen ditu, eta hauek oso korrosiboak dira. PG geruza kimikoki oso geldoa da, eta barneko grafito substratua korrosiotik babesten du eraginkortasunez.

●Gorputz beltzaren erradiazioa eta tenperaturaren uniformetasuna: PG-k gorputz beltzaren erradiazio-ezaugarri bikainak ditu, eta horrek infragorri termometriaren zehaztasunari laguntzen dio. Bere eroankortasun termiko bikainak substratuaren gainazaleko tenperatura uniformeagoa bermatzen ere laguntzen du, epitaxial geruzaren lodiera eta konposizio-uniformetasuna zuzenean zehaztuz.

3. Tenperatura altuko berogailuak:

PBN/PG konpositezko berogailuak maiz aurkitzen dira PVD edo CVD ganberetan, garbitasun-eskakizun oso altuekin. Berogailu hauek ez dituzte metalezko hari tradizionalak erabiltzen, PG erabiltzen baitute berogailu-erresistentzia geruza gisa.

● Berogailu Elementu Ultra-Garbia: Metalezko berogailu elementuek metalezko ezpurutasunak lurruntzeko joera dute tenperatura altuetan. Grafito pirolitikoa bera karbonoa da, % 99.999tik gorako purutasunarekin. Lurruntze arrastoak egon arren, karbonoa elementu nahiko "atsegina" da erdieroaleen prozesuetan (urrearekin, kobrearekin, burdinarekin eta abarrekin alderatuta), metalen kutsadura arriskua nabarmen murriztuz.

●Erantzun Ultra-Azkarra: PG berogailuek bero-ahalmen oso txikia dute, eta horrek berotze- eta hozte-tasa oso azkarrak eragiten ditu (erantzun termikoa). Oso abantailagarria da ziklo termiko azkarra (RTP) behar duten prozesuetarako, eta nabarmen hobetzen du errendimendua.

●Tenperatura-eremu pertsonalizatua: PG geruzaren zirkuituaren bidea (serpentinazko kableatua) diseinatuz, tenperatura-eremuaren banaketa zehaztasunez diseina daiteke barrunbearen ertzetan bero-galera konpentsatzeko, oblearen tenperaturaren uniformetasun oso altua lortuz.

4. Plasma bidezko grabatua: "Galera txikiko" elektrodoak

Grabatu lehorrean, batez ere fluor edo kloroan oinarritutako gasak dituzten ingurune oso korrosiboetan.

● Kontsumigarrien ordezkoa: Silizio monokristala edo SiC elektrodo gisa ere erabiltzen diren arren, prozesu pertsonalizatu batzuetan, PGz egindako fokatze-eraztunek edo elektrodo-plakek, duten dentsitateari eta erresistentzia kimikoari esker, ordezkapen-maiztasuna murriztu eta jabetza-kostua (CoO) jaitsi dezakete.

III. Grafito pirolitikoen aplikazioak erdieroaleen prozesuetan

Bere purutasun handiari, tenperatura altuko egonkortasunari, gasen iragazkortasun oso baxuari, eroankortasun termiko bikainari eta anisotropia kontrolagarriari esker, grafito pirolitikoa (PG) ezinbesteko karbono-oinarritutako material bihurtu da erdieroaleen ekipoetan. Prozesu-ingurune kritiko askotan (tenperatura altua, hutsean, plasman, gas korrosiboetan), metalekin edo zeramikoekin alderatuta, PG-k egonkortasun handiagoa eta kutsadura-arrisku txikiagoa eskaintzen ditu, eta, beraz, oso erabilia da erdieroaleen oblea prozesatzeko ekipoetan eta kontsumigarri diren osagaietan.

1. Aplikazioak CVD/PECVD/MOCVD ekipamenduetan

① Berogailu substratua eta homogeneizazio termikoaren osagaiak

Grafito pirolitikoa (PG) tenperatura altuko berogailu-plaka edo atzeko plaka gisa erabil daiteke.

● Suszeptorea MOCVD hazkuntza epitaxialeko erreakzio-ganberan

● Berogailu elementuaren euskarri egitura tenperatura altuko CVD labeetan

②Susceptor estaldura substratua

MOCVD prozesu askok SiC estalitako grafito pirolitikoa erabiltzen dute.

Grafito pirolitikoaren abantailak:

● Gasen iragazkortasun txikia, SiC estalduraren egonkortasuna bermatuz

● Tenperatura altuetan deformaziorik ez, oblearen tenperaturaren banaketa egonkorra mantenduz

● Arina, biraketa-sistemen inertzia murriztuz

Grafito pirolitikoa estalitako arragoa

2. Aplikazioak grabatzeko ekipoetan

Barrunbearen estaldura eta erreakzio-eremuaren egitura-osagaiak

Grafito pirolitikoak korrosioarekiko erresistentzia bikaina eta tenperatura altuko egonkortasuna erakusten ditu plasma inguruneetan, erreakzio-ganbera estaltzeko material edo kontsumigarri gisa egokia bihurtuz:

●RIE, ICP erreakzio-ganberako osagaiak

●Plasma deflektoreak, islatzaileak

●Elektrodoen atzeko plakak edo isolamendu osagaiak (diseinuaren arabera)

3. Aplikazioak Tenperatura Altuko Erreketan eta Bero Tratamenduan

Grafito pirolitikoa tenperatura altuko tratamendu termikoko labe askotan (>1000 °C) osagai nagusietako materiala da, besteak beste:

●Prozesu Termiko Azkarra (RTP)

●Silizio Karburozko (SiC) Epitaxial Labeak

●Tenperatura altuko erreketa-labeak

●Grafitozko itsasontziak eta osagarriak

4. Aplikazioak obleen kargatzean/transferentzian eta euskarriak

PG, bere purutasun handia eta partikula-kutsadura txikia direla eta, oso erabilia da honako osagai hauetan:

●Oblea suszeptorea

●Oblea-garraiatzailea/txalupa

●Ertzeko eraztuna

●Gas-fluxuaren deflektore

PG bereziki egokia da tenperatura altuko epitaxia edo erreakzio kimikoetako inguruneetan oblea-euskarrietarako.

5. Ioi Inplantazioko Aplikazioak

Grafito pirolitikoa honela erabiltzen da:

●Izpi-geldialdia

●Kolimadorea

● Energia handiko ioien xurgapen osagaiak

6. Litografia Sistemetan Aplikazio Potentzialak

Osagai optiko gisa zuzenean gutxiago erabiltzen den arren, grafito pirolitikoa honako hauetan ere erabiltzen da:

● Xurgapen handiko argi-tranpak

●Sistema optikoetarako kontrol termikoko egiturak

Gorputz beltza xurgatzeko ezaugarri bikainak dituenez, argi galdua eraginkortasunez ken dezake.