Южнокорейские исследователи разработали «прозрачную» высокоэнтропийную керамику с непревзойденной устойчивостью к плазме для применения в полупроводниковой индустрии

Исследователи из Южной Кореи презентовали инновационный тип «прозрачной» керамики, обладающей исключительной стойкостью к воздействию плазмы. Это уникальное мировое достижение, нацеленное на продление срока эксплуатации компонентов оборудования для травления полупроводников и уменьшение загрязнений во время производственного процесса.

Керамика составляет более 90% материалов, используемых во внутренних элементах оборудования, применяемого в травлении полупроводников. Такая популярность объясняется её высокой стойкостью к плазменным воздействиям. Как металл ржавеет от контакта с морской водой, так же плазма в ходе травления постоянно атакует элементы оборудования, вызывая коррозию и загрязнения.

Обычно для решения этих проблем применяется керамика. Но с усложнением интеграционного уровня полупроводников процесс травления становится всё более жёстким. Это вынуждает чаще заменять стандартные керамические компоненты, что негативно влияет на производительность.

Исследователи отошли от привычных керамических материалов, таких как оксид иттрия (Y₂O₃), оксид алюминия (Al₂O₃) и иттрий-алюминиевый гранат (YAG), представив новый состав высокоэнтропийной керамики.

Используя технологию спекания для создания материалов с высокой плотностью, учёные смогли разработать керамику с плотностью 99,9%. Такая плотная керамика идеально подходит для оборудования, подвергающегося воздействию плазмы.

Кроме того, команда исследовала изменения кристаллической структуры элементов и создала прозрачную керамику, способную пропускать видимый и инфракрасный свет благодаря контролю пористости.

Высокоэнтропийная керамика создаётся путём смешивания множества элементов для формирования однородной структуры, исключая появление примесей. Она выделяется уникальными свойствами: высокой термостойкостью, отличной износостойкостью и низкой теплопроводностью, что делает её пригодной для использования в термобарьерных материалах, катализаторах и элементах для хранения энергии.

Однако ранее плазмостойкость таких материалов не изучалась. Устремив своё внимание на эту область, учёные впервые в мире разработали плазмостойкую высокоэнтропийную керамику.

В полупроводниковом производстве низкая скорость травления материала указывает на сокращённое количество загрязнений и продлённый срок службы. Созданная исследователями высокоэнтропийная прозрачная керамика продемонстрировала крайне низкую скорость травления, достигнув всего 1,13% по сравнению с сапфиром. В сравнении с оксидом иттрия (Y₂O₃), известным своими превосходными плазмостойкими качествами, эта скорость составила лишь 8,25%, что подчёркивает её долговечность.

Старший исследователь Хо Джин Ма из Корейского института материаловедения (KIMS) отметил: «В полупроводниковой отрасли большая часть материалов и оборудования поступает из США и Японии, занимая более 90% рынка и делая национальную промышленность зависимой от внешних поставок. Это достижение – яркий пример разработки высокоэнтропийной керамики, ранее не изученной, созданной для получения материала мирового уровня, стойкого к плазме, с использованием отечественных технологий. Это, вероятно, станет важным шагом для повышения самодостаточности в области производства материалов и локализации компонентов».

Источник: iXBT