کاربید سیلیکون (SiC) به عنوان یک ماده نیمه هادی-گستره- نسل سوم، نقش مهمی در دستگاههای-در دمای بالا، فرکانس-بالا- و پرقدرت دارد. روش انتقال فیزیکی بخار (PVT) تکنیک غالب برای رشد تک بلورهای SiC با کیفیت بالا است. با این حال، محیط بسته با دمای بالا، الزامات سختگیرانهای را بر مقاومت در برابر خوردگی و یکنواختی میدان حرارتی بوتههای گرافیتی تحمیل میکند. پوششهای کاربید تانتالیوم (TaC) که به دلیل نقطه ذوب بالا، هدایت حرارتی عالی و مقاومت در برابر خوردگی فوقالعاده شناخته میشوند، به یک ماده کلیدی برای افزایش عمر بوته و بهبود کیفیت کریستال تبدیل شدهاند.
بوتههای گرافیتی در محیطهایی با دمای بالا-در دمای بیش از 2200 درجه مستعد اکسید شدن و خوردگی هستند که منجر به عمر مفید کوتاهی میشود. خوردگی توسط محصولاتی مانند CO2 و SiO2 میتواند کریستالها را آلوده کند و ذرات کربن یا سیلیکون ایجاد کند که باعث ایجاد نقصهایی مانند میکرولولهها و جابجاییها میشود و به طور قابلتوجهی کیفیت کریستال را کاهش میدهد. برای مقابله با این چالش، محققان TaC را به دلیل نقطه ذوب بالا (~3880 درجه)، هدایت حرارتی قوی (22 W/m·K) و مقاومت در برابر خوردگی به عنوان یک ماده پوششی بسیار امیدوارکننده شناسایی کردند.
قبل از سال 2010، پوششهای TaC به دلیل چالشها در فرآیندهای ساخت و ترک ناشی از عدم تطابق در ضرایب انبساط حرارتی بین TaC و بستر گرافیت، به طور گسترده در رشد کریستال SiC استفاده نمیشد. با تحقیقات فشرده در مورد روشهای آمادهسازی پوشش-بهویژه پس از سال 2010-محققان با موفقیت پوششهای TaC با کیفیت بالا-روی سطوح گرافیت را با استفاده از رسوبدهی بخار شیمیایی (CVD) و روشهای واکنش نمک مذاب رسوب دادند. از سال 2020، پوششهای TaC وارد کاربرد صنعتی شدهاند. پوششهای TaC به دلیل توانایی خود در سرکوب قابل توجه اکسیداسیون گرافیت در محیط PVT، عمر بوته را تا بیش از سه برابر بوتههای گرافیتی بدون پوشش افزایش میدهند. آزمایشها نشان میدهد که پس از 500 ساعت استفاده مداوم در دمای 2200 درجه، بوتههای گرافیتی با پوشش TaC{12}}تنها حفرههای خوردگی در مقیاس میکرون را روی سطح نشان میدهند، در حالی که گرافیت بدون پوشش به شدت کربنیزه میشود.
روشهای اصلی برای تهیه پوششهای TaC شامل-واکنش درجا، تف جوشی دوغاب، پاشش پلاسما، و رسوب بخار شیمیایی است.
روش واکنش درجا: از پودر تانتالیوم فلزی و مواد کربنی به عنوان مواد خام استفاده میکند. از طریق واکنش حالت جامد، تانتالم و کربن مستقیماً روی سطح ماده کربنی ترکیب میشوند تا پوشش TaC را تشکیل دهند.
روش پخت دوغاب: پودرهای پوشش به طور یکنواخت با حلال ها و مواد افزودنی مخلوط می شوند تا یک دوغاب سوسپانسیون پایدار تشکیل شود که به طور یکنواخت روی سطح بستر اعمال می شود، خشک می شود و سپس در دمای بالا زینتر می شود تا پوشش TaC تولید شود. این روش پوششهای TaC متراکم و بدون ترک-با اندازه دانههای 10 تا 50 میکرومتر و ضخامت پوشش حدود 100 میکرومتر را ایجاد میکند. رشد دانه هیچ جهت ترجیحی را نشان نمی دهد و از ایجاد ترک های نافذ جلوگیری می کند.
روش پاشش پلاسما: مواد پوشش در دمای بالا ذوب میشوند، توسط یک جت با سرعت بالا به قطرات- یا ذرات با دمای بالا اتمیزه میشوند و روی سطح بستر از پیش تصفیهشده برای تشکیل پوشش اسپری میشوند.
رسوب بخار شیمیایی (CVD): مکانیسم هسته شامل مراحل فیزیکوشیمیایی متعددی است-پیرولیز پیش ساز، انتشار فاز گاز-، واکنش های سطحی، و رسوب سطحی{2}}در داخل یک محفظه واکنش با درجه حرارت بالا، که در نهایت یک سطح زیرلایه عملکردی متراکم را تشکیل می دهد.