Keramik Tantalum Karbida – Bahan Utama dalam Semikonduktor dan Dirgantara.

Tantalum karbida (TaC)adalah bahan keramik bersuhu sangat tinggi. Keramik suhu ultra-tinggi (UHTC) umumnya mengacu pada bahan keramik dengan titik leleh melebihi 3000℃ dan digunakan dalam lingkungan bersuhu tinggi dan korosif (seperti lingkungan atom oksigen) di atas 2000℃, seperti ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, dan HfN.

Tantalum karbida memiliki titik leleh setinggi 3880℃, kekerasan tinggi (kekerasan Mohs 9–10), konduktivitas termal yang relatif tinggi (22 W·m⁻¹·K⁻¹), kuat lentur yang tinggi (340–400 MPa), dan koefisien muai panas yang relatif rendah (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Ia juga menunjukkan stabilitas termokimia yang sangat baik dan sifat fisik yang unggul, dan memiliki kompatibilitas kimia dan mekanik yang baik dengan komposit grafit dan C/C. Oleh karena itu, pelapis TaC banyak digunakan dalam perlindungan termal ruang angkasa, pertumbuhan kristal tunggal, elektronik energi, dan perangkat medis.

Aplikasi dalam peralatan semikonduktor

Saat ini, semikonduktor pita lebar, yang diwakili oleh silikon karbida (SiC), merupakan industri strategis yang melayani medan perang ekonomi utama dan memenuhi kebutuhan utama nasional. Namun, semikonduktor SiC juga merupakan industri dengan proses yang kompleks dan kebutuhan peralatan yang sangat tinggi. Di antara proses-proses ini, persiapan kristal tunggal SiC adalah mata rantai paling mendasar dan krusial dalam keseluruhan rantai industri.

Saat ini, metode yang paling umum digunakan untuk pertumbuhan kristal SiC adalah metode Physical Vapour Transport (PVT). Dalam PVT, bubuk silikon karbida dipanaskan dalam ruang pertumbuhan tertutup pada suhu di atas 2300°C dan tekanan mendekati vakum melalui pemanasan induksi. Hal ini menyebabkan bubuk menyublim, menghasilkan gas reaktif yang mengandung komponen gas berbeda seperti Si, Si₂C, dan SiC₂. Reaksi gas-padat ini menghasilkan sumber reaksi kristal tunggal SiC. Kristal benih SiC ditempatkan di bagian atas ruang pertumbuhan. Didorong oleh supersaturasi komponen gas, komponen gas yang diangkut ke kristal benih diendapkan secara atom pada permukaan kristal benih, tumbuh menjadi kristal tunggal SiC.

Proses ini memiliki siklus pertumbuhan yang panjang, sulit dikendalikan, dan rentan terhadap cacat seperti mikrotube dan inklusi. Mengontrol kerusakan sangatlah penting; bahkan penyesuaian kecil atau penyimpangan pada medan termal tungku dapat mengubah pertumbuhan kristal atau meningkatkan cacat. Tahap selanjutnya menghadirkan tantangan untuk mencapai kristal yang lebih cepat, lebih tebal, dan lebih besar, yang tidak hanya membutuhkan kemajuan teori dan teknik tetapi juga material medan termal yang lebih canggih.

Bahan wadah di bidang termal terutama meliputi grafit dan grafit berpori. Namun, grafit mudah teroksidasi pada suhu tinggi dan terkorosi oleh logam cair. TaC memiliki stabilitas termokimia yang sangat baik dan sifat fisik yang unggul, menunjukkan kompatibilitas kimia dan mekanik yang baik dengan grafit. Mempersiapkan lapisan TaC pada permukaan grafit secara efektif meningkatkan ketahanan oksidasi, ketahanan korosi, ketahanan aus, dan sifat mekanik. Ini sangat cocok untuk menumbuhkan kristal tunggal GaN atau AlN pada peralatan MOCVD dan kristal tunggal SiC pada peralatan PVT, sehingga secara signifikan meningkatkan kualitas kristal tunggal yang ditumbuhkan.

Selanjutnya, selama pembuatan kristal tunggal silikon karbida, setelah sumber reaksi kristal tunggal silikon karbida dihasilkan melalui reaksi gas padat, rasio stoikiometri Si/C bervariasi dengan distribusi medan termal. Penting untuk memastikan bahwa komponen fase gas didistribusikan dan diangkut sesuai dengan medan termal dan gradien suhu yang dirancang. Grafit berpori memiliki permeabilitas yang tidak mencukupi sehingga memerlukan pori-pori tambahan untuk meningkatkannya. Namun, grafit berpori dengan permeabilitas tinggi menghadapi tantangan seperti pemrosesan, pelepasan bubuk, dan pengetsaan. Keramik tantalum karbida berpori dapat mencapai filtrasi komponen fase gas dengan lebih baik, menyesuaikan gradien suhu lokal, memandu arah aliran material, dan mengontrol kebocoran.

Karenapelapis TaCmenunjukkan ketahanan asam dan alkali yang sangat baik terhadap H2, HCl, dan NH3, dalam rantai industri semikonduktor silikon karbida, TaC juga dapat sepenuhnya melindungi bahan matriks grafit dan memurnikan lingkungan pertumbuhan selama proses epitaksi seperti MOCVD.

Aplikasi di Luar Angkasa

Ketika pesawat modern, seperti kendaraan luar angkasa, roket, dan rudal, berkembang menuju kecepatan tinggi, daya dorong tinggi, dan ketinggian tinggi, persyaratan ketahanan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi material permukaannya dalam kondisi ekstrem menjadi semakin ketat. Ketika sebuah pesawat memasuki atmosfer, ia menghadapi lingkungan ekstrem seperti kerapatan fluks panas yang tinggi, tekanan stagnasi yang tinggi, dan kecepatan gerusan aliran udara yang tinggi, serta menghadapi ablasi kimia akibat reaksi dengan oksigen, uap air, dan karbon dioksida. Selama masuk dan keluarnya pesawat terbang dari atmosfer, udara di sekitar kerucut hidung dan sayapnya mengalami kompresi yang kuat, sehingga menimbulkan gesekan yang signifikan dengan permukaan pesawat, sehingga menyebabkan pemanasan oleh aliran udara. Selain pemanasan aerodinamis selama penerbangan, permukaan pesawat juga dipengaruhi oleh radiasi matahari dan radiasi lingkungan sehingga menyebabkan suhu permukaan terus meningkat. Perubahan ini dapat berdampak serius terhadap masa pakai pesawat.

TaC adalah anggota keluarga keramik tahan suhu sangat tinggi. Titik lelehnya yang tinggi dan stabilitas termodinamika yang sangat baik membuat TaC banyak digunakan pada bagian-bagian pesawat yang panas, seperti melindungi lapisan permukaan nozel mesin roket.

Aplikasi Lainnya

TaC juga memiliki prospek penerapan yang luas pada alat pemotong, bahan abrasif, bahan elektronik, dan katalis. Misalnya, menambahkan TaC ke semen karbida dapat menghambat pertumbuhan butiran, meningkatkan kekerasan, dan meningkatkan masa pakai. TaC memiliki konduktivitas listrik yang baik dan dapat membentuk senyawa non-stoikiometri, dengan konduktivitas yang bervariasi tergantung komposisinya. Karakteristik ini menjadikan TaC kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi material elektronik. Mengenai dehidrogenasi katalitik TaC, studi tentang kinerja katalitik TiC dan TaC menunjukkan bahwa TaC hampir tidak menunjukkan aktivitas katalitik pada suhu yang lebih rendah, namun aktivitas katalitiknya meningkat secara signifikan di atas 1000℃. Penelitian tentang kinerja katalitik CO telah mengungkapkan bahwa pada suhu 300℃, produk katalitik TaC meliputi metana, air, dan sejumlah kecil olefin.

Semicorex menawarkan kualitas tinggiProduk Tantalum Karbida. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com