Silīcija karbīda (SiC) izstrāde un pielietojums
1. Gadsimta inovācijas SiC jomā
Silīcija karbīda (SiC) ceļojums sākās 1893. gadā, kad Edvards Gudrihs Eisons izstrādāja Acheson krāsni, izmantojot oglekļa materiālus, lai panāktu SiC rūpniecisko ražošanu, izmantojot kvarca un oglekļa elektrisko karsēšanu. Šis izgudrojums iezīmēja SiC industrializācijas sākumu un ieguva Acheson patentu.
20. gadsimta sākumā SiC galvenokārt tika izmantots kā abrazīvs tā ievērojamās cietības un nodilumizturības dēļ. Līdz 20. gadsimta vidum sasniegumi ķīmisko tvaiku pārklāšanas (CVD) tehnoloģijā pavēra jaunas iespējas. Bell Labs pētnieki Rustum Roy vadībā lika pamatus CVD SiC, panākot pirmos SiC pārklājumus uz grafīta virsmām.
1970. gados bija ievērojams izrāviens, kad Union Carbide Corporation izmantoja ar SiC pārklātu grafītu gallija nitrīda (GaN) pusvadītāju materiālu epitaksiskajā augšanā. Šim progresam bija galvenā loma augstas veiktspējas GaN bāzes LED un lāzeros. Pateicoties ražošanas metožu uzlabojumiem, gadu desmitu laikā SiC pārklājumi ir paplašinājušies ne tikai pusvadītājus, bet arī aviācijā, automobiļos un spēka elektronikā.
Mūsdienās tādas inovācijas kā termiskā izsmidzināšana, PVD un nanotehnoloģijas vēl vairāk uzlabo SiC pārklājumu veiktspēju un pielietojumu, parādot tā potenciālu vismodernākajās jomās.
2. Izpratne par SiC kristālu struktūrām un lietojumiem
SiC lepojas ar vairāk nekā 200 politipiem, kas pēc atomu izkārtojuma iedalīti kubiskā (3C), sešstūra (H) un romboedriskā (R) struktūrās. Starp tiem 4H-SiC un 6H-SiC tiek plaši izmantoti attiecīgi lieljaudas un optoelektroniskajās ierīcēs, savukārt β-SiC tiek novērtēts ar izcilu siltumvadītspēju, nodilumizturību un izturību pret koroziju.
β-SiCunikālas īpašības, piemēram, siltumvadītspēja120-200 W/m·Kun termiskās izplešanās koeficients, kas cieši atbilst grafītam, padarot to par vēlamo materiālu virsmu pārklājumiem vafeļu epitaksijas iekārtās.
3. SiC pārklājumi: īpašības un sagatavošanas metodes
SiC pārklājumus, parasti β-SiC, plaši izmanto, lai uzlabotu virsmas īpašības, piemēram, cietību, nodilumizturību un termisko stabilitāti. Kopējās sagatavošanas metodes ietver:
- Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD):Nodrošina augstas kvalitātes pārklājumus ar lielisku adhēziju un viendabīgumu, ideāli piemērots lielām un sarežģītām pamatnēm.
- Fiziskā tvaiku pārklāšana (PVD):Piedāvā precīzu pārklājuma sastāva kontroli, piemērots augstas precizitātes lietojumiem.
- Izsmidzināšanas metodes, elektroķīmiskā uzklāšana un vircas pārklāšana: Kalpo kā rentablas alternatīvas īpašiem lietojumiem, lai gan ar dažādiem adhēzijas un viendabīguma ierobežojumiem.
Katra metode tiek izvēlēta, pamatojoties uz substrāta īpašībām un lietošanas prasībām.
4. Ar SiC pārklāti grafīta susceptori MOCVD
Ar SiC pārklāti grafīta susceptori ir neaizstājami metālorganiskajā ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (MOCVD), kas ir galvenais process pusvadītāju un optoelektronisko materiālu ražošanā.
Šie susceptori nodrošina spēcīgu atbalstu epitaksiālās plēves augšanai, nodrošinot termisko stabilitāti un samazinot piemaisījumu piesārņojumu. SiC pārklājums arī uzlabo oksidācijas izturību, virsmas īpašības un saskarnes kvalitāti, nodrošinot precīzu kontroli plēves augšanas laikā.
5. Virzība uz nākotni
Pēdējos gados ievērojamas pūles ir vērstas uz ar SiC pārklātu grafīta substrātu ražošanas procesu uzlabošanu. Pētnieki koncentrējas uz pārklājuma tīrības, viendabīguma un kalpošanas laika uzlabošanu, vienlaikus samazinot izmaksas. Turklāt inovatīvu materiālu, piemēram, izpētetantala karbīda (TaC) pārklājumipiedāvā potenciālus siltumvadītspējas un korozijas izturības uzlabojumus, paverot ceļu nākamās paaudzes risinājumiem.
Tā kā pieprasījums pēc SiC pārklātiem grafīta susceptoriem turpina pieaugt, viedās ražošanas un rūpnieciska mēroga ražošanas sasniegumi turpinās atbalstīt augstas kvalitātes produktu izstrādi, lai apmierinātu pusvadītāju un optoelektronikas nozares mainīgās vajadzības.
Izlikšanas laiks: 2023. gada 24. novembris