Исследовательская группа доктора Хо Джин Ма из Отдела исследований наноматериалов Корейского института материаловедения (KIMS) в сотрудничестве с исследовательской группой профессора Чонг-Ву Ли из Пусанского национального университета успешно разработала революционную новую технологию композиции и обработки прозрачной плазмостойкой высокоэнтропийной керамики. Эта инновация является первой в своем роде в мире и предназначена для продления срока службы внутренних компонентов в оборудовании для травления полупроводников при одновременном снижении количества частиц загрязнения в процессе производства полупроводников.

Керамика составляет более 90% материалов, используемых во внутренних компонентах оборудования для травления полупроводников. Одной из основных причин является их превосходная плазменная стойкость по сравнению с другими материалами. Подобно тому, как корабль ржавеет под воздействием морской воды, плазма, используемая в процессе травления, постоянно вступает в реакцию с внутренними компонентами оборудования, что приводит к коррозии и загрязнению. Для решения этих проблем в качестве предпочтительного материала используется керамика. Однако по мере увеличения уровня интеграции полупроводников процессы травления проводятся во все более суровых условиях. Это привело к более частой замене традиционных керамических компонентов, что негативно сказывается на производительности полупроводников.

Исследовательская группа вышла из ограничений традиционных керамических материалов, таких как иттрий (Y₂O₃), глинозем (Al₂O₃) и YAG (иттрий-алюминиевый гранат), разработав новую высокоэнтропийную керамическую композицию. Используя процесс спекания неорганических плотных тел (твердотельных материалов высокой плотности), они успешно разработали прозрачную керамику с плотностью 99,9%. Эта плотная керамика подходит для использования в технологическом оборудовании для травления, требующем плазменной стойкости. Кроме того, команда проанализировала изменения в кристаллической структуре элементов, составляющих высокоэнтропийную керамику, и разработала прозрачную керамику, способную пропускать видимый и инфракрасный свет, контролируя пористость.

Высокоэнтропийная керамика — это тип керамического материала, создаваемый путем смешивания пяти или более элементов для формирования одной фазы (однородной структуры) без образования примесей, в отличие от обычных материалов. Эта керамика обладает уникальными свойствами, такими как высокая термостойкость, отличная износостойкость и низкая теплопроводность, что делает их все более заметными в качестве материалов для теплового барьера, катализаторов и накопителей энергии. Однако исследования их плазменной резистентности до сих пор не проводились. Осознавая этот пробел, исследовательская группа сосредоточилась на этой области и успешно добилась первой в мире разработки плазмостойкой высокоэнтропийной керамики.

В полупроводниковых процессах материал с низкой скоростью травления имеет меньшее количество загрязненных частиц и более высокую долговечность. Высокоэнтропийная прозрачная керамика, разработанная исследовательской группой, показала исключительно низкую скорость травления, достигая всего 1,13% по сравнению с сапфиром. Кроме того, по сравнению с иттрием (Y₂O₃), известным своей превосходной стойкостью к плазме, он продемонстрировал скорость травления всего 8,25%, тем самым подтвердив свою превосходную долговечность.

Старший научный сотрудник Хо Джин Ма из KIMS заявил: «В полупроводниковых процессах в плазменном травлении доминируют материалы, компоненты и оборудование из США и Японии, на долю которых приходится более 90% рынка, в результате чего отечественная промышленность в значительной степени зависит от иностранных источников». Он добавил: «Это научное достижение является ярким примером разработки высокоэнтропийной керамики, материала, который никогда ранее не изучался, для создания плазмостойкого материала мирового класса с использованием отечественной запатентованной технологии. Ожидается, что он послужит краеугольным камнем для достижения материальной самодостаточности и продвижения локализации компонентов».

Это исследование было проведено при поддержке программы внутреннего финансирования Корейского института материаловедения (KIMS). Результаты исследования были опубликованы 13 января в журнале Journal of Advanced Ceramics (Impact Factor: 18,6), всемирно влиятельном академическом журнале в области керамических материалов.

###

О Корейском институте материаловедения (KIMS)

KIMS является некоммерческим научно-исследовательским институтом, финансируемым правительством, при Министерстве науки и ИКТ Республики Корея. Будучи единственным институтом, специализирующимся на комплексных технологиях материаловедения в Корее, KIMS внес свой вклад в корейскую промышленность, выполняя широкий спектр мероприятий, связанных с материаловедением, включая исследования и разработки, инспекции, испытания и оценку, а также технологическую поддержку.