Sa maraming materyal na carbon, ang pyrolytic graphite ay namumukod-tangi para sa kanyang lubos na nakokontrol na layered na istraktura at matinding anisotropy. Hindi tulad ng natural na grapayt, ang pyrolytic graphite ay hindi direktang nagmula sa mga mineral. Sa halip, ito ay ginawa sa pamamagitan ng high-temperature chemical vapor deposition (CVD), kung saan ang mga hydrocarbon gas ay nabubulok at nadedeposito sa mga layer ng carbon atoms sa temperaturang higit sa 2000°C, na nagreresulta sa isang mataas na nakatuon at napakadalisay na artipisyal na istraktura ng grapayt. Ang tumpak na nakokontrol na paraan ng paghahanda na ito ay nagbibigay-daan upang magpakita ng mga katangiang umaasa sa oryentasyon sa mga pangunahing katangian tulad ng thermal conductivity, electrical conductivity, at magnetic response, mga katangiang hindi mapapantayan ng natural na grapayt.

I. Ano ang Pyrolytic Graphite?

Ang pyrolytic graphite ay isang high-oriented na carbon material na inihanda sa pamamagitan ng high-temperature pyrolytic vapor deposition (CVD) na proseso. Karaniwang gumagamit ito ng mga hydrocarbon gas (gaya ng methane) upang mabulok at magdeposito ng mga carbon atom sa ilalim ng mataas na temperatura (karaniwan ay >2000 ℃) at mababang presyon. Ang mga atomo na ito ay sasailalim sa mataas na temperatura na pagsusubo upang matiyak ang isang napakaayos na pag-aayos ng mga layer ng carbon, na nagreresulta sa isang istraktura ng grapayt na may napakataas na oryentasyon.

II. Mga Bentahe ng Pyrolytic Graphite (PG) sa Mga Proseso ng Semiconductor

1. Ion Implantation:

Sa proseso ng pagtatanim ng ion, pangunahing ginagamit ang PG sa paggawa ng mga high-precision na gate (grids) at electrodes.

●Ion Implantation Resistance: Ang mga Ion beam ay may napakataas na enerhiya. Ang mga tradisyunal na molybdenum (Mo) o tungsten (W) na mga gate ay sasailalim sa pisikal na sputtering sa ilalim ng matagal na pagbomba ng ion. Ito ay hindi lamang nagiging sanhi ng mismong gate na maging manipis at deform, ngunit ang sputtered metal atoms ay nagiging isang seryosong pinagmumulan ng metal contamination. Ang PG ay nagpapakita ng napakalakas na paglaban sa sputtering corrosion (napakababa ng etch rate), at ang haba ng buhay nito ay karaniwang ilang beses kaysa sa mga bahagi ng metal.

●Pinahusay na Katumpakan ng Kasalukuyang Beam: Dahil ang PG ay wear-resistant, ang laki ng aperture ng gate ay maaaring manatiling stable sa mahabang panahon. Tinitiyak nito na ang focus at anggulo ng ion beam ay mananatiling stable sa mahabang panahon, na mahalaga para sa mga advanced na proseso (tulad ng 7nm at 5nm) kung saan ang mga kinakailangan sa anggulo ng pagtatanim ay napakataas.

●Mahusay na Pamamahala sa Thermal: Gamit ang napakataas na in-plane thermal conductivity ng PG (humigit-kumulang 4-5 beses kaysa sa tanso), maaari nitong mabilis na mapawi ang init na dulot ng pagbobomba ng ion sa kahabaan ng eroplano, na pumipigil sa localized na overheating at deformation.

2. MOCVD at Epitaxy: Pangunahing Ginagamit para sa Substrate Coating

Sa pagmamanupaktura ng LED (proseso ng GaN) o mga proseso ng silicon na epitaxial, ang pinakakaraniwang ginagamit na graphite substrate (Susceptor) ay hindi ang orihinal na grapayt sa ibabaw nito, ngunit kadalasang natatakpan ng isang siksik na layer ng PG o SiC.

●Sealer: Bagama't siksik ang isostatically pressed graphite, microscopically porous pa rin ito, madaling nag-adsorb ng mga gas at naglalabas ng mga particle o impurities sa mataas na temperatura. Ang PG coating, na idineposito sa pamamagitan ng CVD, ay nakakamit ng density na malapit sa theoretical density, ganap na tinatakan ang graphite matrix, pinipigilan ang mga particle ng graphite na mahulog at makontamina ang wafer, at hinaharangan din ang paglabas ng mga impurity gas mula sa loob ng graphite.

●Chemical Corrosion Resistance: Ang proseso ng MOCVD ay gumagamit ng malaking halaga ng ammonia (NH3) at metal-organic na pinagmumulan, na lubhang kinakaing unti-unti. Ang PG layer ay chemically inert, na epektibong nagpoprotekta sa panloob na graphite substrate mula sa corrosion.

●Blackbody Radiation at Temperature Uniformity: Ang PG ay nagtataglay ng mahuhusay na katangian ng blackbody radiation, na nag-aambag sa katumpakan ng infrared thermometry. Ang superyor na thermal conductivity nito ay tumutulong din na matiyak ang isang mas pare-parehong temperatura sa ibabaw ng substrate, na direktang tinutukoy ang kapal at pagkakapareho ng komposisyon ng epitaxial layer.

3. Mga High-Temperature Heater:

Ang mga composite heater ng PBN/PG ay madalas na matatagpuan sa mga silid ng PVD o CVD na may napakataas na kinakailangan sa kalinisan. Ang mga heater na ito ay hindi gumagamit ng mga tradisyunal na metal wire ngunit sa halip ay gumagamit ng PG bilang heating resistor layer.

●Ultra-Clean Heating Element: Ang mga metal heating element ay madaling mag-volatilize ng mga dumi ng metal sa mataas na temperatura. Ang Pyrolytic Graphite mismo ay carbon, na may kadalisayan na higit sa 99.999%. Kahit na may mga bakas na halaga ng volatilization, ang carbon ay medyo "friendly" na elemento sa mga proseso ng semiconductor (kumpara sa ginto, tanso, bakal, atbp.), na makabuluhang binabawasan ang panganib ng kontaminasyon ng metal.

●Ultra-Fast Response: Ang mga PG heater ay may napakaliit na kapasidad ng init, na nagreresulta sa napakabilis na rate ng pag-init at paglamig (thermal response). Ito ay lubos na kapaki-pakinabang para sa mga prosesong nangangailangan ng mabilis na thermal cycling (RTP), na makabuluhang pagpapabuti ng throughput.

●Customized Temperature Field: Sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng circuit path (serpentine wiring) ng PG layer, ang temperature field distribution ay maaaring tumpak na idisenyo upang mabayaran ang pagkawala ng init sa mga gilid ng cavity, na nakakamit ng napakataas na pagkakapareho ng temperatura ng wafer.

4. Plasma Etch: "Low-loss" Electrodes

Sa tuyo na pag-ukit, lalo na sa lubhang kinakaing unti-unti na mga kapaligiran na kinasasangkutan ng fluorine- o chlorine-based na mga gas.

●Palitan para sa mga Consumable: Habang ginagamit din ang single-crystal silicon o SiC bilang mga electrodes, sa ilang partikular na proseso, ang mga focus ring o electrode plate na gawa sa PG, dahil sa density at chemical resistance ng mga ito, ay maaaring mabawasan ang dalas ng pagpapalit at mapababa ang Cost of Ownership (CoO).

III. Mga Aplikasyon ng Pyrolytic Graphite sa Mga Proseso ng Semiconductor

Dahil sa mataas na kadalisayan, katatagan ng mataas na temperatura, napakababang gas permeability, mahusay na thermal conductivity, at nakokontrol na anisotropy, ang pyrolytic graphite (PG) ay naging isang kailangang-kailangan na materyal na nakabatay sa carbon sa mga kagamitang semiconductor. Sa maraming kritikal na kapaligiran sa proseso (mataas na temperatura, vacuum, plasma, mga corrosive na gas), kumpara sa mga metal o ceramics, nag-aalok ang PG ng mas mataas na stability at mas mababang panganib sa kontaminasyon, at samakatuwid ay malawakang ginagamit sa mga kagamitan sa pagpoproseso ng semiconductor wafer at mga consumable na bahagi.

1. Mga Application sa CVD/PECVD/MOCVD Equipment

①Heater Substrate at Thermal Homogenization na Mga Bahagi

Maaaring gamitin ang Pyrolytic Graphite(PG) bilang high-temperature heating plate o backplate na materyal.

●Susceptor sa MOCVD epitaxial growth reaction chamber

●Heating element support structure sa mga high-temperature na CVD furnace

②Susceptor Coating Substrate

Maraming proseso ng MOCVD ang gumagamit ng SiC-coated Pyrolytic Graphite.

Mga Bentahe ng Pyrolytic Graphite:

● Mababang gas permeability, tinitiyak ang katatagan ng SiC coating

●Walang deformation sa mataas na temperatura, pinapanatili ang matatag na pamamahagi ng temperatura ng wafer

●Magaan, binabawasan ang inertia ng mga umiikot na system

Pyrolytic Graphite Coated Crucible

2. Mga Application sa Etching Equipment

Lining ng lukab at mga bahagi ng istruktura ng reaksyon zone

Ang Pyrolytic Graphite ay nagpapakita ng mahusay na paglaban sa kaagnasan at katatagan ng mataas na temperatura sa mga kapaligiran ng plasma, na ginagawa itong angkop bilang isang materyal na lining ng silid ng reaksyon o nauubos:

●RIE, mga bahagi ng silid ng reaksyon ng ICP

● Plasma baffles, reflector

●Electrode backplate o insulating component (depende sa disenyo)

3. Mga Application sa High-Temperature Annealing at Heat Treatment

Ang pyrolytic graphite ay isang pangunahing sangkap na materyal sa maraming mga high-temperature na heat treatment furnace (>1000°C), kabilang ang:

●Rapid Thermal Processing (RTP)

●Silicon Carbide (SiC) Epitaxial Furnaces

● Mataas na Temperatura na Pagsusupil ng mga Hurno

●Mga Graphite Boat at Fixture

4. Mga Application sa Wafer Loading/Transfer at Fixtures

Ang PG, dahil sa mataas na kadalisayan at mababang kontaminasyon ng particulate, ay malawakang ginagamit sa mga sumusunod na bahagi:

●Wafer Susceptor

●Wafer Carrier/Bangka

●Edge Ring

●Gas Flow Baffle

Ang PG ay partikular na angkop para sa mga suporta ng wafer sa mataas na temperatura na epitaxy o mga kapaligiran ng reaksyong kemikal.

5. Mga Aplikasyon sa Ion Implantation

Ang Pyrolytic Graphite ay ginagamit bilang:

●Beam stop

●Collimator

●High-energy ion absorption na mga bahagi

6. Mga Potensyal na Application sa Lithography System

Bagama't hindi gaanong karaniwang ginagamit nang direkta bilang optical component, ginagamit din ang Pyrolytic Graphite sa:

●High-absorption stray-light traps

●Thermal control structures para sa optical system

Dahil sa napakahusay nitong katangian ng pagsipsip ng blackbody, epektibo nitong nasupil ang ligaw na liwanag.