Razvoj i primjena silicij karbida (SiC)
1. Stoljeće inovacija u SiC-u
Putovanje silicijevog karbida (SiC) počelo je 1893. godine, kada je Edward Goodrich Acheson dizajnirao Achesonovu peć, koristeći ugljične materijale za postizanje industrijske proizvodnje SiC-a električnim zagrijavanjem kvarca i ugljika. Ovaj izum označio je početak industrijalizacije SiC-a i donio Achesonu patent.
Početkom 20. stoljeća, SiC se prvenstveno koristio kao abraziv zbog svoje izuzetne tvrdoće i otpornosti na trošenje. Do sredine 20. stoljeća, napredak u tehnologiji kemijskog taloženja iz pare (CVD) otvorio je nove mogućnosti. Istraživači u Bell Labsu, predvođeni Rustumom Royem, postavili su temelje za CVD SiC, postigavši prve SiC premaze na grafitnim površinama.
U 1970-ima došlo je do velikog pomaka kada je Union Carbide Corporation primijenio grafit presvučen SiC-om u epitaksijalnom rastu poluvodičkih materijala galij nitrida (GaN). Ovaj napredak odigrao je ključnu ulogu u LED diodama i laserima na bazi GaN visokih performansi. Tijekom desetljeća, SiC premazi su se proširili izvan poluvodiča na primjene u zrakoplovnoj, automobilskoj i energetskoj elektronici, zahvaljujući poboljšanjima u tehnikama proizvodnje.
Danas inovacije poput toplinskog raspršivanja, PVD-a i nanotehnologije dodatno unapređuju izvedbu i primjenu SiC premaza, pokazujući njihov potencijal u najsuvremenijim poljima.
2. Razumijevanje kristalnih struktura i upotrebe SiC-a
SiC se može pohvaliti s više od 200 politipova, kategoriziranih prema njihovom rasporedu atoma u kubične (3C), heksagonalne (H) i romboedarske (R) strukture. Među njima, 4H-SiC i 6H-SiC naširoko se koriste u uređajima velike snage i optoelektroničkim uređajima, dok je β-SiC cijenjen zbog svoje vrhunske toplinske vodljivosti, otpornosti na trošenje i otpornosti na koroziju.
β-SiCjedinstvena svojstva, kao što je toplinska vodljivost120-200 W/m·Ki koeficijent toplinske ekspanzije koji je vrlo sličan grafitu, čine ga preferiranim materijalom za površinske premaze u opremi za epitaksiju ploča.
3. SiC prevlake: svojstva i tehnike pripreme
SiC premazi, tipično β-SiC, naširoko se primjenjuju za poboljšanje površinskih svojstava poput tvrdoće, otpornosti na trošenje i toplinske stabilnosti. Uobičajene metode pripreme uključuju:
- Kemijsko taloženje parom (CVD):Pruža visokokvalitetne premaze s izvrsnim prianjanjem i ujednačenošću, idealne za velike i složene podloge.
- Fizičko taloženje parom (PVD):Nudi preciznu kontrolu sastava premaza, pogodan za visoko precizne primjene.
- Tehnike raspršivanja, elektrokemijsko taloženje i nanošenje gnojnice: Služe kao isplativa alternativa za specifične primjene, iako s različitim ograničenjima prianjanja i jednolikosti.
Svaka se metoda odabire na temelju karakteristika podloge i zahtjeva primjene.
4. Grafitni susceptori obloženi SiC-om u MOCVD-u
Grafitni susceptori obloženi SiC-om nezamjenjivi su u Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), ključnom procesu u proizvodnji poluvodiča i optoelektroničkog materijala.
Ovi prijemnici pružaju robusnu podršku za rast epitaksijalnog filma, osiguravajući toplinsku stabilnost i smanjujući kontaminaciju nečistoćama. SiC premaz također poboljšava otpornost na oksidaciju, svojstva površine i kvalitetu sučelja, omogućujući preciznu kontrolu tijekom rasta filma.
5. Napredovanje prema budućnosti
Posljednjih su godina značajni napori usmjereni na poboljšanje procesa proizvodnje grafitnih supstrata presvučenih SiC-om. Istraživači se usredotočuju na povećanje čistoće premaza, ujednačenosti i životnog vijeka uz smanjenje troškova. Osim toga, istraživanje inovativnih materijala poputprevlake tantal karbida (TaC).nudi potencijalna poboljšanja toplinske vodljivosti i otpornosti na koroziju, utirući put rješenjima sljedeće generacije.
Kako potražnja za grafitnim prijemnicima obloženim SiC-om nastavlja rasti, napredak u inteligentnoj proizvodnji i industrijskoj proizvodnji dodatno će podržati razvoj visokokvalitetnih proizvoda koji će zadovoljiti rastuće potrebe industrije poluvodiča i optoelektronike.
Vrijeme objave: 24. studenoga 2023