Hálfleiðaraframleiðsla er -mikilnákvæmt örframleiðslakerfi. Kjarnaferlar eins og ljósþynning, æting, þunn-filmuútfelling og jónaígræðsla eru öll unnin í lokuðum lofttæmishólfum. Sem eina útsýnishöfnin á hólfum hálfleiðarabúnaðar gera gagnsæir gluggar verkfræðingum kleift að fylgjast með innri aðstæðum í rauntíma meðan á notkun stendur, til að tryggja vinnsluafrakstur og öryggi búnaðar. Hins vegar hefur rekstrarumhverfi nútíma hálfleiðarabúnaðarhólfa orðið sífellt harðara. Gagnsæir gluggar verða stöðugt fyrir sprengjum af flúor-- og súrefnis-plasma, háum-jónageislum og útfjólubláum geislum, auk þess sem þeir verða fyrir ætandi efnafræðilegum efnum. Á sama tíma gangast hólfin oft í hröðum upphitunar- og kælingarlotum frá stofuhita upp í hundruð gráður á Celsíus og þola viðvarandi þrýstingsmun á innra lofttæmi og ytra andrúmslofti. Hefðbundið kísilgler og hefðbundið ljósgler geta ekki lengur uppfyllt kröfur hágæða framleiðslu.
Á þessu bakgrunni hefur -afkastamikil gagnsæ keramik orðið almennt kjarnaefni fyrir gagnsæja glugga í hálfleiðarabúnaði, þökk sé framúrskarandi tæringarþoli, háum-hitastöðugleika, geislunarþoli, miklum vélrænni styrk og framúrskarandi ljósgeislun. Þessi grein fjallar um algeng gagnsæ keramik gluggaefni fyrir hálfleiðarabúnað, sem gefur tilvísun fyrir efnisval og hagnýt notkun.
Gegnsætt keramikefni fyrir hálfleiðarabúnaðarglugga
Ólíkt venjulegu ógagnsæu keramikefni er gegnsætt keramik framleitt með því að nota ofur-hreint, ofur-fínt keramikduft sem hráefni. Með því að nota háþróaða framleiðsluaðferðir eins og andrúmsloftssintering, heita-pressu sintrun og lofttæmissintun ná þeir nærri-fræðilegum þéttleika og fullkomlega þéttri uppbyggingu, sem útilokar ljósdreifingu af völdum svitahola. Að auki er kornastýringartækni beitt til að tryggja samræmda kornastærð, þunn kornamörk og enga aðskilnað óhreininda, sem dregur verulega úr ljósdreifingu við kornamörk. Einnig er hægt að búa til gagnsæja staka kristalla með kristalvaxtaraðferðum, með vel-röðuðum grindum og afar lágum gallaþéttleika til að lágmarka ljósdreifingartapi.
Ekki eru öll keramikduft hentug til að framleiða gagnsæ keramik. Eins og er, eru kúbíísk kristalkerfisefni, þar á meðal yttría (Y₂O₃), yttríum ál granat (YAG) og áloxýnítríð (AlON) mikið notað. Þessi efni eru sjónræn samsæta án tvíbrots og skila framúrskarandi ljósgeislun. Eins-efni eins og safír með sexhyrndri kristalbyggingu eru einnig með reglulegum grindum og lágum gallaþéttleika, sem nær háum og samræmdum ljósgeislun með lítilli sjónbjögun.
1. Yttria (Y₂O₃) Gegnsætt keramik
Gegnsætt keramik úr Yttria er með afar breitt sjónflutningsband, allt frá djúpu útfjólubláu (0,25 μm) til miðra-innrauðu (8 μm). Það er eitt af fáum oxíðefnum sem senda ljós bæði á djúpum útfjólubláum og miðrauðum -innrauðum svæðum. Hágæða yttria gagnsæ keramik nær almennt sýnilegu-ljósgeislun á bilinu 70% til 85%.
Fyrir utan frábæra sjónræna frammistöðu sýnir yttría (Y₂O₃) einstaka viðnám gegn flúor-tæringu í plasma. Tengiorka Y–O-tengja nær 780 kJ/mól, sem gerir efnið efnafræðilega óvirkt fyrir halógenþáttum, sérstaklega flúor og klór. Jafnvel þegar það hvarfast við flúor myndar það stöðugt og þétt yttríumflúoríð (YF₃) lag sem þolir flögnun. Þessi eiginleiki dregur mjög úr myndun agna og kemur í veg fyrir frekari veðrun hólfaíhluta eins og holrúma og sturtuhausa með flúorplasma og lengir þannig endingartímann. Í dæmigerðum há-þéttleika flúor-undirstaða eða klór-plasmaumhverfi er ætingarhraði þess aðeins 1/20 til 1/50 af kvarsgleri. Með bræðslumarki 2430 gráður getur yttría viðhaldið burðarvirki án þess að rokka eða aflögun við langtíma þjónustu yfir 1750 gráður, aðlagast öfga hitastigi plasmaferla. Það er tilvalið fyrir gagnsæja glugga hágæða ætingarbúnaðar.
Helstu gallar þess liggja í tiltölulega litlum vélrænni styrk og hörku (Mohs hörku: 6,5–7). Það hefur óæðri höggþol og þrýstingsþreytuþol samanborið við safír, sem gerir það óhentugt fyrir notkunarskilyrði sem fela í sér háan þrýsting og alvarleg högg.
2. Yttrium Aluminium Granat (YAG)
YAG er myndað með því að dopa yttria með ákveðnu hlutfalli af súráli. Eins og yttría, hefur það kúbííska kristalbyggingu, sem sameinar vélrænan stöðugleika súráls með háu-hitaþoli og sjónfræðilegum kostum yttría. Með vel-jafnvægri heildarafköstum er YAG líka -hagkvæmara en hreint yttría. Optískt, gefa hreinir YAG kristallar mikla flutningsgetu yfir bylgjulengdarsviðið 0,25 μm til 5 μm, með sýnilegri og nærri -innrauðri sendingu sem er yfir 80%. Athyglisvert er að það sýnir ekkert ljós frásog á 2 μm–3 μm bandinu, sem gerir það að verkum að það er hægt að nota við vinnuaðstæður sem fela í sér miðlungs mikið flúorplasma, háan hita og lofttæmisþrýstingsmun.
3. Ál oxýnítríð (AlON)
AlON gegnsætt keramik býður upp á frábæra sjónræna flutningsgetu frá útfjólubláu og sýnilegu ljósi til miðra -innrauðra bönda, með straumfall yfir 80% á bylgjulengdarbilinu 0,2 μm til 6,0 μm. Það státar af Vickers hörku upp á 17–18 GPa og sveigjustyrk upp á um það bil 300 MPa. AlON er með mikla hörku og ágætis seigleika og hefur framúrskarandi mótstöðu gegn höggum og rispum. Hins vegar krefst framleiðsla þess sinrun við 1750 gráður til 1900 gráður, sem leiðir til mikillar orkunotkunar og framleiðslukostnaðar.
4. Gegnsætt súrál keramik
Gegnsætt súrálkeramik nær yfir 90% háum flutningsgetu í sýnilegu og nærri-innrauðu böndunum (200–2200 nm), sem uppfyllir sjónvöktunarkröfur hálfleiðarabúnaðar. Þeir geta einnig starfað stöðugt við hitastig yfir 1000 gráður. Hvað varðar framleiðslu, gagnsætt súrálkeramik njóta góðs af þroskaðri framleiðsluferlum. Hægt er að búa þær til með þrýstilausri sintun, heitpressun og öðrum aðferðum, með lágum hráefniskostnaði, breiðum vinnsluglugga og auðveldri framleiðslu í-stærð.
Engu að síður er tengiorka Al–O-tengja um 498 kJ/mól. Þó að efnið standist mesta efnafræðilega tæringu, hvarfast það auðveldlega við flúor við há-orku plasmaskilyrði og myndar álflúoríð (AlF₃). Þetta flúorlag hefur tilhneigingu til að flagna af og kristallast á yfirborðinu og mynda agnir sem geta fallið á og mengað oblátur. Á meðan er hlífðarlagið stöðugt neytt, sem takmarkar notkun þess í ætingarbúnaði.
5. Safír
Safír er einkristallað súrál, í grundvallaratriðum frábrugðið fjölkristölluðu gegnsæju súrálkeramik. Ál- og súrefnisatóm eru reglulega tengd með samgildum tengjum inni í kristalnum og mynda þétta og vel{2}}raðaða grind. Einkristalvaxtarferlið gefur afar lágu galla- og óhreinindainnihaldi, án kornamarka eða svitahola sem valda ljósdreifingu. Ljós berst í gegnum safír með lágmarks hindrun, sem dregur í raun úr ljósdreifingu og frásog. Þess vegna skilar safír framúrskarandi sjónrænum afköstum, með flutningsbylgjulengdarsviði á bilinu 0,19 μm til 5,5 μm og beint sýnilegt-ljósgeislun allt að 86%, sem gerir það að ákjósanlegu undirlagi fyrir há-optíska glugga.
Hins vegar hefur einkristalbyggingin einnig augljósa ókosti. Leifar af innri streitu er hætt við að myndast við kristalvöxt, þannig að safír er næmt fyrir brothættum brotum og klofningssprungum við notkun og samsetningu, sem hindrar nákvæmni lagskiptingu og vinnslu. Að auki felur vöxtur eins-kristalla í sér flókna tækni og lágan afraksturshraða, sem leiðir til mun hærri heildarframleiðslukostnaðar en fjölkristallað gegnsætt súrálkeramik.