Silikon karbidin qısa tarixi və silisium karbid örtüklərinin tətbiqi

1. SiC-nin inkişafı

1893-cü ildə SiC-nin kəşfçisi Edward Goodrich Acheson, kvars və karbon qarışığını elektriklə qızdırmaqla silisium karbidinin sənaye istehsalına başlamaq üçün Acheson sobası kimi tanınan karbon materiallarından istifadə edərək bir rezistor sobası dizayn etdi. Daha sonra o, bu ixtiraya patent verdi.

20-ci əsrin əvvəllərindən 20-ci əsrin ortalarına qədər, müstəsna sərtliyi və aşınma müqavimətinə görə, silisium karbid ilk növbədə daşlama və kəsici alətlərdə aşındırıcı kimi istifadə edilmişdir.

1950 və 1960-cı illərdə gəlişi iləkimyəvi buxar çökmə (CVD) texnologiyası, ABŞ-dakı Bell Labs-da Rustum Roy kimi elm adamları CVD SiC texnologiyasına dair araşdırmalara öncülük etdilər. Onlar SiC buxarının çökmə proseslərini inkişaf etdirdilər və onun xassələri və tətbiqləri üzrə ilkin kəşfiyyatlar apararaq, ilk çöküntüyə nail oldular.Qrafit səthlərdə SiC örtükləri. Bu iş SiC örtük materiallarının CVD hazırlanması üçün mühüm təməl qoydu.

1963-cü ildə Bell Labs tədqiqatçıları Howard Wachtel və Joseph Wells SiC və digər keramika örtük materialları üçün kimyəvi buxar çökdürmə texnologiyalarının inkişafına diqqət yetirərək CVD Incorporated şirkətini qurdular. 1974-cü ildə ilk sənaye istehsalına nail oldularsilisium karbidlə örtülmüş qrafit məhsulları. Bu mərhələ qrafit səthlərdə silisium karbid örtüklərinin texnologiyasında əhəmiyyətli irəliləyişləri qeyd etdi və onların yarımkeçiricilər, optika və aerokosmik kimi sahələrdə geniş tətbiqinə zəmin hazırladı.

1970-ci illərdə Union Carbide Corporation (indi Dow Chemical-ın tam mülkiyyətində olan törəmə) tədqiqatçıları ilk dəfəsilisium karbidlə örtülmüş qrafit əsaslarıqallium nitridi (GaN) kimi yarımkeçirici materialların epitaksial böyüməsində. Bu texnologiya yüksək performanslı istehsal üçün çox vacib idiGaN əsaslı LEDlər(işıq yayan diodlar) və lazerlər, sonrakılar üçün zəmin yaradırsilisium karbid epitaksi texnologiyasıvə yarımkeçiricilər sahəsində silisium karbid materiallarının tətbiqində mühüm mərhələyə çevrilir.

1980-ci illərdən 21-ci əsrin əvvəllərinə qədər istehsal texnologiyalarında irəliləyişlər silisium karbid örtüklərinin aerokosmikdən avtomobilə, elektrik elektronikasına, yarımkeçirici avadanlıqlara və korroziyaya qarşı örtüklər kimi müxtəlif sənaye komponentlərinə qədər sənaye və kommersiya tətbiqlərini genişləndirdi.

21-ci əsrin əvvəllərindən bu günə qədər termal püskürtmə, PVD və nanotexnologiyanın inkişafı yeni örtük hazırlama üsullarını təqdim etdi. Tədqiqatçılar material performansını daha da artırmaq üçün nanoölçülü silisium karbid örtüklərini araşdırmağa və inkişaf etdirməyə başladılar.

Xülasə üçün hazırlıq texnologiyasıCVD silisium karbid örtüklərison bir neçə onillikdə laboratoriya tədqiqatlarından sənaye tətbiqlərinə keçərək davamlı tərəqqi və irəliləyişlərə nail olmuşdur.

2. SiC Kristal Struktur və Tətbiq Sahələri

Silikon karbid 200-dən çox politipə malikdir və əsasən karbon və silisium atomlarının yığılmasına görə üç əsas qrupa bölünür: kub (3C), altıbucaqlı (H) və rombedral ®. Ümumi nümunələrə 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC və 15R-SiC daxildir. Bunları iki əsas növə bölmək olar:

Şəkil 1: Silikon karbidin kristal quruluşu

α-SiC:Bu, yüksək temperaturda dayanıqlı quruluş və təbiətdə tapılan orijinal quruluş növüdür.

β-SiC:Bu, silikon və karbonun təxminən 1450°C-də reaksiya verməsi nəticəsində yarana bilən aşağı temperaturda sabit quruluşdur. β-SiC 2100-2400°C temperaturda α-SiC-yə çevrilə bilir.

Fərqli SiC politiplərinin fərqli istifadələri var. Məsələn, α-SiC-də 4H-SiC yüksək güclü cihazların istehsalı üçün uyğundur, 6H-SiC isə ən stabil növdür və optoelektronik cihazlarda istifadə olunur. β-SiC, RF cihazlarında istifadə olunmaqla yanaşı, qoruyucu funksiyaları təmin edən yüksək temperaturlu, yüksək aşınmalı və yüksək korroziyalı mühitlərdə nazik təbəqə və örtük materialı kimi də vacibdir. β-SiC α-SiC ilə müqayisədə bir sıra üstünlüklərə malikdir:

(1)Onun istilik keçiriciliyi 120-200 Vt/m·K arasında dəyişir, α-SiC-nin 100-140 Vt/m·K-dan əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir.

(2) β-SiC daha yüksək sərtlik və aşınma müqaviməti nümayiş etdirir.

(3) Korroziyaya davamlılıq baxımından, α-SiC oksidləşdirici olmayan və yüngül turşulu mühitlərdə yaxşı performans göstərdiyi halda, β-SiC daha aqressiv oksidləşdirici və güclü qələvi şəraitdə sabit qalır və daha geniş kimyəvi mühitlərdə üstün korroziyaya davamlılığını nümayiş etdirir. .

Bundan əlavə, β-SiC-nin termal genişlənmə əmsalı qrafit əmsalı ilə yaxından uyğunlaşır və bu birləşmiş xüsusiyyətlərə görə onu vafli epitaksi avadanlığında qrafit əsasları üzərində səth örtükləri üçün üstünlük təşkil edən material halına gətirir.

3. SiC örtükləri və hazırlanma üsulları

(1) SiC örtükləri

SiC örtükləri β-SiC-dən əmələ gələn, müxtəlif örtük və ya çökmə prosesləri ilə substrat səthlərinə tətbiq olunan nazik təbəqələrdir. Bu örtüklər adətən sərtliyi, aşınma müqavimətini, korroziyaya davamlılığı, oksidləşmə müqavimətini və yüksək temperatur performansını artırmaq üçün istifadə olunur. Silikon karbid örtükləri keramika, metallar, şüşə və plastiklər kimi müxtəlif substratlarda geniş tətbiqlərə malikdir və aerokosmik, avtomobil istehsalı, elektronika və digər sahələrdə geniş istifadə olunur.

Şəkil 2: Qrafit Səthində SiC Kaplamasının kəsikli Mikrostruktur

(2)  Hazırlanma üsulları

SiC örtüklərinin hazırlanması üçün əsas üsullara Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (CVD), Fiziki Buxar Çöküntüsü (PVD), çiləmə üsulları, elektrokimyəvi çöküntü və məhlul örtüyünün sinterlənməsi daxildir.

Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (CVD):

CVD silisium karbid örtüklərinin hazırlanması üçün ən çox istifadə edilən üsullardan biridir. CVD prosesi zamanı silisium və karbon tərkibli prekursor qazlar reaksiya kamerasına daxil edilir, burada yüksək temperaturda parçalanaraq silikon və karbon atomları əmələ gəlir. Bu atomlar substratın səthinə adsorblanır və silisium karbid örtüyünü yaratmaq üçün reaksiya verir. Qaz axını sürəti, çökmə temperaturu, çökmə təzyiqi və vaxt kimi əsas proses parametrlərinə nəzarət etməklə örtünün qalınlığı, stoxiometriyası, taxıl ölçüsü, kristal quruluşu və oriyentasiyası xüsusi tətbiq tələblərinə cavab vermək üçün dəqiq şəkildə uyğunlaşdırıla bilər. Bu metodun digər üstünlüyü onun yaxşı yapışma və doldurma qabiliyyəti olan böyük və mürəkkəb formalı altlıqların örtülməsi üçün uyğunluğudur. Bununla belə, CVD prosesində istifadə olunan prekursorlar və əlavə məhsullar tez-tez yanar və korroziyaya səbəb olur, bu da istehsalı təhlükəli edir. Bundan əlavə, xammaldan istifadə nisbəti nisbətən aşağıdır və hazırlıq xərcləri yüksəkdir.

Fiziki Buxar Çöküntüsü (PVD):

PVD yüksək təmizlikli silisium karbid materiallarını buxarlamaq və nazik bir təbəqə meydana gətirərək substratın səthinə kondensasiya etmək üçün yüksək vakuum altında termal buxarlanma və ya maqnetron püskürtmə kimi fiziki üsullardan istifadə etməyi əhatə edir. Bu üsul, kəsici alət örtükləri, keramika örtükləri, optik örtüklər və istilik maneə örtükləri kimi yüksək dəqiqlikli tətbiqlər üçün uyğun olan sıx silisium karbid örtükləri istehsal edərək örtüyün qalınlığına və tərkibinə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir. Bununla belə, mürəkkəb formalı komponentlərdə, xüsusən də girintilərdə və ya kölgəli yerlərdə vahid əhatəyə nail olmaq çətindir. Bundan əlavə, örtük və substrat arasında yapışma qeyri-kafi ola bilər. PVD avadanlığı bahalı yüksək vakuum sistemlərinə və dəqiq nəzarət avadanlığına ehtiyac olduğundan baha başa gəlir. Bundan əlavə, çökmə sürəti ləngdir, nəticədə istehsalın səmərəliliyi aşağı olur, bu da onu iri sənaye istehsalı üçün yararsız edir.

Püskürtmə texnikası:

Bu, maye materialların substratın səthinə səpilməsini və örtük yaratmaq üçün onları müəyyən temperaturda müalicə etməyi əhatə edir. Metod sadə və qənaətcildir, lakin nəticədə yaranan örtüklər adətən substrata zəif yapışma, daha zəif vahidlik, daha incə örtüklər və daha az oksidləşmə müqaviməti nümayiş etdirir, tez-tez performansı artırmaq üçün əlavə üsullar tələb olunur.

Elektrokimyəvi çökmə:

Bu texnika, silisium karbidi məhluldan substratın səthinə çökdürmək üçün elektrokimyəvi reaksiyalardan istifadə edir. Elektrod potensialına və prekursor məhlulunun tərkibinə nəzarət etməklə örtüyün vahid böyüməsinə nail olmaq olar. Bu üsulla hazırlanmış silisium karbid örtükləri kimyəvi/bioloji sensorlar, fotovoltaik cihazlar, litium-ion batareyaları üçün elektrod materialları və korroziyaya davamlı örtüklər kimi xüsusi sahələrdə tətbiq olunur.

Bulamaç örtük və sinterləmə:

Bu üsul, substratın səthinə bərabər şəkildə tətbiq olunan bir şlam yaratmaq üçün örtük materialının bağlayıcılarla qarışdırılmasını nəzərdə tutur. Quruduqdan sonra örtülmüş iş parçası istənilən örtüyü yaratmaq üçün inert atmosferdə yüksək temperaturda sinterlənir. Onun üstünlükləri sadə və asan əməliyyat və idarə olunan örtük qalınlığını əhatə edir, lakin örtük və substrat arasında bağlanma gücü çox vaxt zəifdir. Kaplamalar həmçinin zəif termal şok müqavimətinə, aşağı vahidliyə və ardıcıl olmayan proseslərə malikdir, bu da onları kütləvi istehsal üçün yararsız edir.

Ümumilikdə, müvafiq silisium karbid örtüyünün hazırlanması metodunun seçilməsi, tətbiq ssenarisinə əsasən performans tələblərinin, substratın xüsusiyyətlərinin və xərclərin hərtərəfli nəzərə alınmasını tələb edir.

4. SiC ilə örtülmüş qrafit həblər

SiC ilə örtülmüş qrafit həssasları çox vacibdirMetal Üzvi Kimyəvi Buxar Depoziti (MOCVD) prosesləri, yarımkeçiricilər, optoelektronika və digər material elmləri sahələrində nazik təbəqələrin və örtüklərin hazırlanması üçün geniş istifadə olunan texnika.

Şəkil 3

5. MOCVD Avadanlığında SiC örtüklü Qrafit Substratların funksiyaları

SiC ilə örtülmüş qrafit substratları yarımkeçiricilər, optoelektronika və digər material elmləri sahələrində nazik təbəqələr və örtüklər hazırlamaq üçün geniş istifadə olunan Metal Üzvi Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (MOCVD) proseslərində çox vacibdir.

Şəkil 4:  Semicorex CVD Avadanlığı

Dəstəkləyici daşıyıcı:MOCVD-də yarımkeçirici materiallar vafli substratın səthində qat-qat böyüyə bilər, xüsusi xüsusiyyətlərə və strukturlara malik nazik filmlər əmələ gətirir.SiC örtüklü qrafit daşıyıcısıüçün möhkəm və sabit platforma təmin edən dəstəkləyici daşıyıcı kimi çıxış edirepitaksiyayarımkeçirici nazik filmlərdən. SiC örtüyünün əla istilik sabitliyi və kimyəvi təsirsizliyi substratın yüksək temperaturlu mühitlərdə sabitliyini qoruyur, korroziyalı qazlarla reaksiyaları azaldır və yetişdirilmiş yarımkeçirici filmlərin yüksək saflığını və ardıcıl xassələrini və strukturlarını təmin edir. Nümunələrə MOCVD avadanlığında GaN epitaksial böyüməsi üçün SiC ilə örtülmüş qrafit substratları, bir kristal silisium epitaksial böyüməsi üçün SiC ilə örtülmüş qrafit substratları (düz substratlar, dairəvi substratlar, üçölçülü substratlar) və SiC örtüklü qrafit substratları daxildir.SiC epitaksial artım.

İstilik Sabitliyi və Oksidləşmə Müqaviməti:MOCVD prosesi yüksək temperatur reaksiyalarını və oksidləşdirici qazları əhatə edə bilər. SiC örtüyü qrafit substrat üçün əlavə istilik sabitliyi və oksidləşmədən qorunma təmin edir, yüksək temperaturlu mühitlərdə nasazlığın və ya oksidləşmənin qarşısını alır. Bu, nazik təbəqənin böyüməsinin ardıcıllığına nəzarət etmək və saxlamaq üçün çox vacibdir.

Material interfeysi və səth xüsusiyyətlərinə nəzarət:SiC örtüyü, böyümə rejimlərinə, şəbəkə uyğunluğuna və interfeys keyfiyyətinə təsir edərək, film və substrat arasındakı qarşılıqlı təsirlərə təsir göstərə bilər. SiC örtüyünün xüsusiyyətlərini tənzimləməklə, materialın daha dəqiq böyüməsi və interfeys nəzarəti əldə edilə bilər ki, bu da materialın işini yaxşılaşdırır.epitaksial filmlər.

Çirklənmənin azaldılması:SiC örtüklərinin yüksək təmizliyi qrafit substratlardan çirklənməni minimuma endirərək,epitaksial filmlər böyüyürtələb olunan yüksək təmizliyə malikdir. Bu, yarımkeçirici cihazların performansı və etibarlılığı üçün çox vacibdir.

Şəkil 5: SemicorexSiC ilə örtülmüş qrafit reseptoruEpitaksiyada Gofret Daşıyıcısı kimi

Xülasə,SiC ilə örtülmüş qrafit substratlarMOCVD proseslərində daha yaxşı baza dəstəyi, istilik sabitliyi və interfeys nəzarətini təmin edərək, yüksək keyfiyyətli məhsulun böyüməsini və hazırlanmasını təşviq edir.epitaksial filmlər.

6. Nəticə və perspektiv

Hal-hazırda, Çində elmi-tədqiqat müəssisələri istehsal proseslərinin təkmilləşdirilməsinə həsr olunursilisium karbidlə örtülmüş qrafit tutucular, örtüyün təmizliyini və vahidliyini artırmaq və istehsal xərclərini azaltmaqla yanaşı SiC örtüklərinin keyfiyyətini və xidmət müddətini artırmaq. Eyni zamanda, onlar istehsalın səmərəliliyini və məhsul keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün silisium karbidlə örtülmüş qrafit substratlar üçün ağıllı istehsal proseslərinə nail olmaq yollarını araşdırırlar. Sənayenin sənayeləşməsinə investisiyalar artırsilisium karbidlə örtülmüş qrafit substratlar, bazar tələblərinə cavab vermək üçün istehsal miqyasının və məhsulun keyfiyyətinin artırılması. Son zamanlar elmi-tədqiqat müəssisələri və sənayelər tətbiqi kimi yeni örtük texnologiyalarını fəal şəkildə araşdırırlarQrafit qəbuledicilərində TaC örtükləri, istilik keçiriciliyini və korroziyaya davamlılığı yaxşılaşdırmaq üçün.**

Semicorex CVD SiC örtüklü materiallar üçün yüksək keyfiyyətli komponentlər təklif edir. Hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com