Là vật liệu bán dẫn có khoảng cách dải rộng-thế hệ thứ ba, silicon cacbua (SiC) đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị-nhiệt độ cao, tần số-cao và công suất cao-. Phương pháp vận chuyển hơi vật lý (PVT) là kỹ thuật chiếm ưu thế để phát triển các tinh thể đơn SiC chất lượng cao. Tuy nhiên, môi trường nhiệt độ-cao khép kín của nó đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng chống ăn mòn và tính đồng nhất của trường nhiệt của nồi nấu kim loại bằng than chì. Lớp phủ cacbua tantali (TaC), được biết đến với điểm nóng chảy cao, tính dẫn nhiệt tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn vượt trội, đã trở thành vật liệu chính để kéo dài tuổi thọ nồi nấu kim loại và cải thiện chất lượng tinh thể.
Nồi nấu kim loại bằng than chì dễ bị oxy hóa và ăn mòn trong-môi trường nhiệt độ cao trên 2200 độ, dẫn đến tuổi thọ sử dụng ngắn. Sự ăn mòn bởi-các sản phẩm như CO₂ và SiO₂ có thể làm nhiễm bẩn tinh thể, hình thành các thể vùi cacbon hoặc silicon gây ra các khiếm khuyết như ống vi mô và sự lệch vị trí, làm giảm đáng kể chất lượng tinh thể. Để giải quyết thách thức này, các nhà nghiên cứu đã xác định TaC là vật liệu phủ có triển vọng cao nhờ điểm nóng chảy cao (~3880 độ), tính dẫn nhiệt mạnh (22 W/m·K) và khả năng chống ăn mòn.
Trước năm 2010, lớp phủ TaC không được sử dụng rộng rãi trong quá trình phát triển tinh thể SiC do những thách thức trong quá trình chế tạo và vết nứt do sự không khớp về hệ số giãn nở nhiệt giữa TaC và chất nền than chì. Với nghiên cứu chuyên sâu về các phương pháp chuẩn bị lớp phủ,-đặc biệt là sau năm 2010-các nhà nghiên cứu đã tạo thành công lớp phủ TaC chất lượng cao{11}}trên bề mặt than chì bằng cách sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) và phản ứng muối nóng chảy. Từ năm 2020, lớp phủ TaC đã được đưa vào ứng dụng công nghiệp. Nhờ khả năng ngăn chặn đáng kể quá trình oxy hóa than chì trong môi trường PVT, lớp phủ TaC kéo dài tuổi thọ của nồi nấu kim loại lên hơn ba lần so với nồi nấu kim loại không tráng phủ. Các thí nghiệm cho thấy rằng sau 500 giờ sử dụng liên tục ở nhiệt độ 2200 độ, các nồi nấu bằng than chì được phủ TaC{12}}chỉ xuất hiện các vết ăn mòn ở quy mô micron trên bề mặt, trong khi than chì không được phủ bị cacbon hóa nghiêm trọng.
Các phương pháp chính để chuẩn bị lớp phủ TaC bao gồm-phản ứng tại chỗ, thiêu kết bùn, phun plasma và lắng đọng hơi hóa học.
-Phương pháp phản ứng tại chỗ: Sử dụng bột tantalum kim loại và vật liệu cacbon làm nguyên liệu thô; thông qua phản ứng ở trạng thái rắn-rắn, tantalum và cacbon kết hợp trực tiếp trên bề mặt vật liệu cacbon để tạo thành lớp phủ TaC.
Phương pháp thiêu kết bùn: Bột phủ được trộn đều với dung môi và phụ gia để tạo thành huyền phù ổn định, được phủ đều lên bề mặt nền, sấy khô rồi nung kết ở nhiệt độ cao để tạo ra lớp phủ TaC. Phương pháp này tạo ra lớp phủ TaC dày đặc,{1}}không có vết nứt với kích thước hạt từ 10–50 μm và độ dày lớp phủ khoảng 100 μm. Sự phát triển của hạt không có hướng ưu tiên, tránh hình thành các vết nứt xuyên thấu.
Phương pháp phun plasma: Vật liệu phủ được nấu chảy ở nhiệt độ cao, được nguyên tử hóa thành các giọt mịn hoặc các hạt có nhiệt độ-cao bằng tia-tốc độ cao và phun lên bề mặt chất nền đã được xử lý trước để tạo thành lớp phủ.
Lắng đọng hơi hóa học (CVD): Cơ chế cốt lõi bao gồm nhiều bước hóa lý-nhiệt phân tiền chất, khuếch tán pha-khí, phản ứng giao thoa và lắng đọng bề mặt-bên trong buồng phản ứng nhiệt độ-cao, cuối cùng tạo thành lớp phủ chức năng dày đặc trên bề mặt nền.