Como material semicondutor de terceira{0}}geração-de banda larga ampla, o carboneto de silício (SiC) desempenha um papel fundamental em dispositivos de alta-temperatura, alta-frequência e alta-potência. O método de transporte físico de vapor (PVT) é a técnica dominante para o cultivo de monocristais de SiC de alta-qualidade. No entanto, seu ambiente fechado-de alta temperatura impõe requisitos rigorosos à resistência à corrosão e à uniformidade do campo térmico dos cadinhos de grafite. Os revestimentos de carboneto de tântalo (TaC), conhecidos por seu alto ponto de fusão, excelente condutividade térmica e excelente resistência à corrosão, tornaram-se um material essencial para prolongar a vida útil do cadinho e melhorar a qualidade do cristal.
Cadinhos de grafite são propensos à oxidação e corrosão em ambientes de alta-temperatura superior a 2.200 graus, levando a uma vida útil curta. Subprodutos-da corrosão, como CO₂ e SiO₂, podem contaminar os cristais, formando inclusões de carbono ou silício que induzem defeitos como microtubos e deslocamentos, degradando significativamente a qualidade do cristal. Para enfrentar este desafio, os pesquisadores identificaram o TaC como um material de revestimento altamente promissor devido ao seu alto ponto de fusão (~3880 graus), forte condutividade térmica (22 W/m·K) e resistência à corrosão.
Antes de 2010, os revestimentos de TaC não eram amplamente utilizados no crescimento de cristais de SiC devido aos desafios nos processos de fabricação e rachaduras causadas pela incompatibilidade nos coeficientes de expansão térmica entre o TaC e o substrato de grafite. Com pesquisas intensivas sobre métodos de preparação de revestimentos,-especialmente depois de 2010,-os pesquisadores depositaram com sucesso revestimentos TaC de alta{11}}qualidade em superfícies de grafite usando deposição química de vapor (CVD) e métodos de reação com sal fundido. Desde 2020, os revestimentos TaC entraram em aplicação industrial. Graças à sua capacidade de suprimir significativamente a oxidação de grafite no ambiente PVT, os revestimentos TaC prolongam a vida útil do cadinho em mais de três vezes a dos cadinhos de grafite não revestidos. Experimentos mostram que após 500 horas de uso contínuo a 2.200 graus, os cadinhos de grafite revestidos com TaC exibem apenas poços de corrosão em escala micrométrica na superfície, enquanto a grafite não revestida é severamente carbonizada.
Os principais métodos para preparar revestimentos de TaC incluem reação in{0}}situ, sinterização de lama, pulverização de plasma e deposição química de vapor.
Método de reação in{0}}situ: usa pó metálico de tântalo e materiais de carbono como matérias-primas; por meio da reação-no estado sólido, o tântalo e o carbono se combinam diretamente na superfície do material de carbono para formar um revestimento TaC.
Método de sinterização de pasta: Os pós de revestimento são misturados uniformemente com solventes e aditivos para formar uma pasta de suspensão estável, que é aplicada uniformemente à superfície do substrato, seca e depois sinterizada em alta temperatura para produzir um revestimento TaC. Este método produz revestimentos TaC densos e{1}}livres de rachaduras com tamanhos de grãos de 10 a 50 μm e espessura de revestimento em torno de 100 μm. O crescimento do grão não apresenta orientação preferencial, evitando a formação de fissuras penetrantes.
Método de pulverização de plasma: o material de revestimento é derretido em alta temperatura, atomizado em gotículas finas ou partículas de{0}}alta temperatura por um jato de alta-velocidade e pulverizado sobre uma superfície de substrato pré-tratada para formar um revestimento.
Deposição química de vapor (CVD): o mecanismo principal envolve diversas etapas físico-químicas-pirólise do precursor, difusão em-fase gasosa, reações interfaciais e deposição de superfície-dentro de uma câmara de reação de alta-temperatura, formando, em última análise, um revestimento funcional denso na superfície do substrato.