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一文读懂5N高纯热解氮化硼产品及其应用
2021年01月20日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:358
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热解氮化硼英文名为Pyrolytic Boron Nitride,简称为Pyrolytic  BN或PBN,也称为Chemical vapour-deposited Boron Nitride、Chemical Vapour-deposition of Boron Nitride或CVD-BN等。顾名思义这是一种通过化学气相沉积法通过高温热解反应制备获得的一种氮化硼。它在高温、高真空条件下,由氨和硼的卤化物进行化学气相沉积(CVD)而成,既可以沉积成PBN薄板材料,也可以直接沉积成管、环或薄壁容器等PBN最终产品。属于六方晶系热解氮化硼的主要特点是纯度非常非常非常高,可达到99.999%以上,(热压氮化硼通常只有约99%的纯度)在许多尖端材料制备领域有着不可替代的作用。

材料特点

它与普通的热压氮化硼(BN)不同,不必经过传统的热压烧结过程,不添加任何烧结剂,因此获得的产品具有如下显著特点:

1、无毒、无味;2、纯度高,达到99.999%以上;3、室温下与酸、碱、盐及有机试剂不反应,在熔融的盐、碱液中略腐蚀,但能抗高温下各种酸的腐蚀;4、与大多数熔融金属、半导体及其化合物不反应;5、在1000℃以下,抗氧化性能良好; 6、抗热震性能良好,2000℃投入水中未见裂纹;7、使用温度高,无升华点,在3000℃以上直接分解为B和N;8、电阻高,电绝缘性能好;9、表面光滑,无气孔,与大多数半导体熔体不湿润。

应用领域

热解氮化硼(PBN)材料具有高纯度、化学惰性以及优异的结构和性能使其成为元素提纯、化合物及化合物半导体晶体生长的理想容器,同时还广泛应用于航空、航天、电子、化工、特种冶金、医疗等各个领域。

1、GaAs、InP单晶生长容器

化合物半导体单晶(比如GaAs、InP等)的生长需要极其严格的环境,包括温度、原料纯度以及生长容器纯度等。PBN是目前化合物半导体单晶生长用最为理想的容器,无可替代。化合物半导体单晶生长方法目前主要有液封直拉法(LEC)、水平布里曼法(HB)和垂直布里曼法(VB和VGF)等方法,对应的PBN有LEC坩埚、VB坩埚和VGF坩埚等等;

氮化硼

热解氮化硼VGF坩埚(来源:北京博宇半导体)

注:VGF是目前国际上生长GaAs和InP等化合物半导体单晶的主流技术。而热解氮化硼VGF坩埚则是垂直梯度凝固法(VGF)生长化合物单晶的容器。热解氮化硼坩埚制备原理:利用化学气相淀积技术,根据产品的需要,可选用不同的芯模做成各种形状,生成的物质(六方氮化硼)覆盖在芯模上即涂层,脱模取下就是高纯的壳体,即所需的坩埚。

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2、Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体外延生长坩埚

分子束外延(MBE)是当今世界最重要的Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体外延生长工艺之一,它是在适当的衬底与合适的条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜的方法。PBN坩埚是MBE过程中用作装蒸发元素和化合物最佳的容器。

氮化硼

热解氮化硼MBE坩埚(来源:北京博宇半导体)

注:分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,简称MBE):它是在超高真空的条件下,把一定比例的构成晶体的各个组分和掺杂原子(分子)以一定的热运动速度喷射到热衬底表面来进行晶体生长的技术。

分子束外延技术原理图

3、OLED用坩埚及支撑架

有机电激发光二极管(OLED)由于同时具备自发光,不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于柔性性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性,被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。蒸发单元是OLED生产设备中重要的组成部分。支撑架和坩埚是蒸发单元的主要部件。支撑架需要高绝缘性并具备在高温下不易变形、不释放出气体等特性,而坩埚则需要高纯度、不与有机金属润湿,使用寿命长等特点,PBN环和OLED坩埚可以满足可满足其生产要求,并在多条OLED实际生产线中得到可应用验证。

OLED坩埚&PBN环

4、PBN 涂层
MOCVD技术是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料,以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料的一种技术。

在液相外延和MOCVD中,PBN常用来对设备中的石墨件进行涂层保护,还可以作为石墨加热器的外涂层(PG/PBN加热器),从而防止石墨发热体在高温下发生挥发。另外,由于PBN薄膜具有极高的化学惰性,可以作为半导体刻蚀工艺中的隔膜或钝化膜

5、PBN舟

生长化合物半导体单晶之前,一般需要先合成化合物半导体的多晶材料。PBN舟是多晶合成的理想容器。

6、PBN板材

PBN具有易加工性的特点,因此可以加工成各种形状的板片部件。广泛用于作为高温、真空环境中结构件使用。

参考资料:

1、北京博宇半导体工艺器皿技术有限公司(专注于设计、研制、开发、生产及销售热解氮化硼(PBN)材料及其制品); 热解氮化硼产品介绍。更多热解氮化硼咨询,请查看http://www.bypbn.com/

整理编辑:粉体圈Alpha


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