Wie pyrolytische Bornitrid-Tiegel hergestellt werden
Pyrolytische Bornitrid-Tiegel (PBN-Tiegel) sind unverzichtbare Komponenten für Hochtemperatur-, Inert- oder Vakuumumgebungen und bieten hervorragende thermische Eigenschaften, chemische Beständigkeit und Trägheit. Sie haben sich zu einer beliebten Wahl für Prozesse wie Kristallwachstum und Epitaxie entwickelt, die hohe Temperaturen erfordern.
Die Herstellung dieser Tiegel ist ein mehrstufiger Prozess, der eine einzigartige Technik namens chemische Gasphasenabscheidung (CVD) beinhaltet. Der CVD-Prozess umfasst die Abscheidung dünner PBN-Schichten auf einem Substrat, das als Motiv bei der Produktion fungiert.
Der erste Schritt bei der Herstellung von PBN-Tiegeln ist die Vorbereitung der Form. Die Form besteht normalerweise aus Siliziumcarbid oder Graphit und wird poliert, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Bevor eine Schicht Siliziumnitrid aufgetragen wird, die als Barriere für die Vorläufergase dienen kann, wird sie gründlich gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen, die das Endprodukt beeinträchtigen könnten.
Der zweite Schritt umfasst die Vorbereitung des Vorläufergases, das aus Bortrichlorid (BCl3) und Ammoniak (NH3) besteht. Diese beiden Gase werden in einer Reaktionskammer miteinander vermischt und auf etwa 2000°C erhitzt, wodurch die Gase reagieren und hexagonales Bornitrid (h-BN) bilden.
Der dritte Schritt ist die Abscheidung der PBN-Schicht. Sobald das Vorläufergas zubereitet ist, wird es in die Reaktionskammer über der Form eingeführt. Wenn das Gas über die Form strömt, reagiert es und scheidet eine Schicht h-BN auf der Oberfläche der Form ab. Der Abscheideprozess kann je nach gewünschter Dicke der PBN-Schicht mehrere Stunden dauern. Ein einzelner Zyklus führt normalerweise zu einer 30 bis 40 Mikrometer dicken PBN-Schicht auf der Form.
Der vierte Schritt umfasst das Entfernen des Tiegels aus der Form. Nachdem die PBN-Schicht auf der Form abgeschieden wurde, wird der Reaktor abgekühlt und die Form aus der Kammer entfernt. Präzisionsschnitte werden dann verwendet, um die Tiegel zu entnehmen, um Schäden an der PBN-Schicht zu vermeiden.
Schließlich ist der fünfte Schritt bei der Herstellung von PBN-Tiegeln die Nachbearbeitung. Die Tiegel müssen gereinigt und poliert werden, um Verunreinigungen oder Unvollkommenheiten in der PBN-Schicht zu entfernen. Dafür können verschiedene Techniken wie Plasmaätzen, mechanisches Polieren oder Chemikalienbehandlung eingesetzt werden. Nach der Nachbehandlung kann der PBN-Tiegel für Hochtemperaturprozesse verwendet werden und hat eine lange Lebensdauer.
Zusammenfassend werden pyrolytische Bornitrid-Tiegel mithilfe des CVD-Verfahrens hergestellt, bei dem ein Vorläufergas mit Bor aufgetragen wird. Aufgrund der Natur des CVD-Verfahrens sind PBN-Tiegel sehr rein und weisen nur sehr geringe Verunreinigungen auf. Somit können sie zur Herstellung hochreiner Materialien verwendet werden.