Kòm yon twazyèm -jenerasyon semi-kondiktè, carbure Silisyòm (SiC) gen pwopriyete elektrik ak tèmik siperyè ak sa yo ki nan Silisyòm, sa ki fè li youn nan materyèl ideyal pou fabrike segondè -tanperati, segondè-frekans, segondè-pouvwa, ak segondè-vòltaj aparèy. SiC se yon konpoze ki konpoze de Silisyòm ak kabòn. Atòm Silisyòm ak atòm kabòn fòme yon estrikti tetraedral. Kristal SiC gen plis pase 200 politip li te ye, ki fòme pa altène kouch atomik Silisyòm ak kouch atomik kabòn nan diferan fason. Pi komen yo se 3C-SiC (estrikti kib, oswa -SiC), 4H-SiC, ak 6H-SiC (tou de estrikti egzagonal, oswa -SiC).
3C-SiC
3C-SiC se politip SiC ki pi senp epi li gen yon estrikti kib ki byen fèmen-. Nan estrikti sa a, atòm Silisyòm ak kabòn yo ranje nan yon fason espesifik nan espas twa -dimansyon, ki fòme yon estrikti kristal trè simetrik. Akòz simetri li yo, 3C-SiC gen relativman pòv pwopriyete elektwonik ak optik epi li kounye a itilize relativman ti kras nan aplikasyon pratik.
4H-SiC ak 6H-SiC
Kontrèman ak 3C-SiC, 4H-SiC ak 6H-SiC gen estrikti egzagonal fèmen-. De politip sa yo pi wo pase 3C-SiC nan mobilite elèktron, konduktiviti tèmik, ak bandgap. 4H{-SiC gen pi wo mobilite elektwon, sa ki fè li pi ideyal pou gwo-frekans ak gwo-pouvwa aparèy elektwonik. Li se pi lajman itilize nan domèn tankou nouvo machin enèji ak kominikasyon 5G, ak aktyèl manifaktirè SiC sitou pwodui 4H-SiC{. 6H{-SiC gen yon bandgap pi gwo ak Se poutèt sa fè pi byen nan gwo -tanperati ak segondè-anviwònman radyasyon.
Teknoloji kwasans pou kristal sèl SiC
Kounye a, teknoloji prensipal yo itilize pou kwasans kristal SiC gen ladan transpò vapè fizik (PVT), segondè -tanperati depo vapè chimik (HTCVD), ak kwasans solisyon tèt -seeded solution (TSSG). Pami yo, PVT se kounye a ki pi matirite ak pi lajman itilize SiC sèl -metòd kwasans kristal nan Lachin ak aletranje.
Metòd transpò vapè fizik (PVT).
Transpò vapè fizik (PVT) se yon metòd lajman adopte pou kwasans komèsyal nan kristal sèl SiC. Li te devlope nan metòd Lely, ki te devlope pa Lely an 1955 atravè yon pwosesis sublimasyon. Sepandan, metòd Lely la pa ka kontwole efektivman kwasans yon sèl kristal. An 1977, Tairov ak Tsvetkov te premye moun ki te itilize sublimasyon grenn pou grandi kristal sèl SiC; metòd sa a yo rele tou "metòd Lely modifye" oswa metòd PVT.
Nan PVT, yo mete yon kristal grenn nan tèt yon kreze grafit, epi yo mete poud SiC ki gen pite segondè -nan pati anba a. Deyò crucible a se yon kouch izolasyon tèmik; yon bobin chofaj endiksyon se deyò kouch izolasyon an, ak dlo refwadisman andedan bobin la. Anndan creuze a, pa kontwole tanperati a ak gradyan tanperati a, poud SiC la konvèti nan yon eta gaz ak transpòte nan kristal la grenn, kote kwasans kristal Lè sa a, rive. Materyèl anvan tout koreksyon pou PVT se gwo -poud SiC pite, ak tanperati kwasans lan se 2100 degre -2500 degre. Kounye a, kèk manifaktirè domestik SiC itilize metòd sa a kòm metòd pwodiksyon endikap yo. Dezavantaj li yo se gwo tanperati kwasans, gwo konsomasyon pouvwa, ak gwo pri; kristal yo grandi gen anpil domaj, ki afekte pèfòmans aparèy ak lavi sèvis.
Malgre ke teknoloji kwasans PVT SiC deja trè matirite, pwoblèm sa yo rete nan pwodiksyon aktyèl: Nan kwasans PVT nan kristal sèl SiC, tranzisyon polytype fasil rive, ki mennen nan enklizyon polikristalin. Kontwole yon sèl politip pandan kwasans kristal SiC se yon pwoblèm konplèks. Lè w pran endikap 4H-SiC kristal sèl kòm yon egzanp, kwasans ki estab nan yon sèl politip afekte pa anpil faktè, ki gen ladan polarite kristal grenn, tanperati kwasans, presyon kwasans, vapè-faz Si/C rapò, ak kalite dopan, ki vle di ke règleman egzak nan politip SiC la vin pi difisil. Kontwòl tanperati egzak nan gwo fou a pandan kwasans PVT nan kristal sèl SiC rete tou yon gwo defi. Anplis de sa, PVT depann sou transpò gaz ak pwosesis reyaksyon nan tanperati ki wo, ki mete gwo demand sou koule gaz, sinetik reyaksyon, ak sou sa.
Metòd segondè -depo vapè chimik (HTCVD).
Nan metòd segondè -depo chimik vapè tanperati (HTCVD), yo mete yon kristal grenn SiC nan yon kreze ki fèt ak grafit. Silan ak yon kabòn-ki gen gaz précurseur kòm matyè premyè kontinyèlman antre nan kreze a atravè yon raktor anba. Lè sa a, silane a dirèkteman pirolize nan grap Si, ki reyaji ak idrokarbur (CxHy) nan kabòn-ki gen gaz précurseur pou fòme yon sèl kristal SiC anba kristal grenn nan.
Konpare ak PVT, HTCVD sèvi ak pi wo -pite matyè premyè epi li ka kontwole avèk presizyon to matyè premyè, rapò C/Si, ak tanperati kwasans pandan kwasans, konsa pwodwi pi wo -kristal SiC bon jan kalite. Anplis de sa, piroliz dirèk nan gaz konpayi asirans lan bay HTCVD pi wo efikasite enèji pase lòt metòd, ak gwo vitès -gaz konpayi asirans lan ede grap yo jwenn nan piroliz rive nan kristal grenn SiC, kidonk HTCVD grandi kristal SiC pi vit pase lòt metòd.
HTCVD gen avantaj tankou bon jan kalite kristal segondè, to kwasans rapid, ak manje kontinyèl. Sepandan, paske ekipman kwasans lan ak gaz pite ki wo -yo chè, metòd sa a gen gwo depans pou pwodiksyon ak pwosesis komèsyalizasyon li yo ralanti. An menm tan an, nan kwasans HTCVD nan SiC kristal sèl, paske SiH4 ak C3H8 dwe dekonpoze nan tanperati ki wo ak sibi divès reyaksyon anvan finalman grandi kristal sou grenn SiC a, si gaz la sous dekonpoze twò vit, inlet gaz la ap vin bloke; si gaz sous la dekonpoze twò dousman, gaz ki pa reyaji ap rete nan priz gaz la epi lakòz blokaj. Sa fè HTCVD SiC yon sèl -ekipman kwasans kristal relativman enstab. Anplis de sa, rechèch aktyèl sou HTCVD se ensifizan, pwosesis la poko gen matirite, epi li toujou nan etap R & D, kidonk kwasans HTCVD nan kristal sèl SiC pa lajman itilize nan endistri.
Metòd Top-Kwasans solisyon Seeded (TSSG).
Nan metòd kwasans solisyon an tèt -seeded Growth (TSSG), sous Silisyòm se yon fonn Silisyòm, ak sous kabòn se yon kreze grafit pite ki wo -. Anba 2000 degre, solubilite kabòn nan fonn Silisyòm se mwens pase 1%, sa ki fè li difisil pou rive jwenn Si:C=1:1 rapò molè ki nesesè pou kwasans kristal SiC. Menm nan 2800 degre, solubility nan kabòn nan Silisyòm se sèlman 19%. Se poutèt sa, nan eksperyans aktyèl kwasans kristal likid-faz SiC, yo bezwen ajoute kèk flux pou ogmante solubilite kabòn nan solisyon tanperati ki wo-. Flux komen yo enkli Cr, Fe, Ti, elatriye. Pandan kwasans kristal, kabòn nan kreze grafit la piti piti fonn nan fonn lan epi yo transpòte nan fonn nan kristal grenn nan, sa ki pèmèt yon rezèv kontinyèl nan kabòn. Lè yo kontwole paramèt tankou vitès wotasyon grenn/creze, jaden tanperati, ak frekans aktyèl ak grandè, gradyan tanperati ki apwopriye, gradyan presyon, ak jaden koule yo fòme nan fonn lan, pou ke kabòn ka transpòte soti nan miray la kreze nan kristal la grenn. Sepandan, nan kwasans aktyèl, kristal grenn nan souvan fonn, ak materyèl polikristalin presipite nan miray la kreze ak nan kristal la grenn. Se poutèt sa, pandan tout pwosesis kwasans kristal la, paramèt kwasans yo dwe ajiste pou kenbe tout sistèm lan nan yon ekilib dinamik apwopriye, pou kwasans kristal kontinyèl ka reyalize.
TSSG ka prepare kristal SiC nan kondisyon kwasans ki pi modere. Li gen tou karakteristik teknik tankou règleman dinamik ak presi nan paramèt pwosesis, kwasans kontinyèl ekspansyon dyamèt, ak inifòm segondè p-tip dopaj. Li te vin youn nan teknoloji inovatè ki trè konpetitif pou substrat SiC ki ba -pri bon jan kalite-. Malgre ke TSSG gen avantaj enpòtan nan prepare kristal SiC, li tou gen gwo baryè teknik, sitou reflete nan paramèt pwosesis yo anpil ki bezwen reglemante; nenpòt chwa paramèt ki pa apwopriye ka deranje ekilib dinamik pandan kwasans kristal ak lakòz gwo domaj makwoskopik.