Þróun og notkun kísilkarbíðs (SiC)
1. Öld nýsköpunar í SiC
Ferðalag kísilkarbíðs (SiC) hófst árið 1893, þegar Edward Goodrich Acheson hannaði Acheson ofninn og notaði kolefnisefni til að ná fram iðnaðarframleiðslu á SiC með rafhitun á kvars og kolefni. Þessi uppfinning markaði upphafið að iðnvæðingu SiC og fékk Acheson einkaleyfi.
Snemma á 20. öld var SiC fyrst og fremst notað sem slípiefni vegna ótrúlegrar hörku og slitþols. Um miðja 20. öld opnuðu framfarir í efnagufuútfellingu (CVD) tækni nýja möguleika. Vísindamenn hjá Bell Labs, undir forystu Rustum Roy, lögðu grunninn að CVD SiC, og náðu fyrstu SiC húðuninni á grafítflötum.
Á áttunda áratugnum varð mikil bylting þegar Union Carbide Corporation beitti SiC-húðað grafít í þekjuvöxt gallíumnítríðs (GaN) hálfleiðaraefna. Þessi framfarir gegndi lykilhlutverki í afkastamiklum GaN-byggðum LED og leysigeislum. Í gegnum áratugina hefur SiC húðun stækkað umfram hálfleiðara til notkunar í geimferðum, bifreiðum og rafeindatækni, þökk sé endurbótum á framleiðslutækni.
Í dag eru nýjungar eins og hitauppstreymi, PVD og nanótækni að auka enn frekar afköst og beitingu SiC húðunar, sem sýnir möguleika þess á fremstu sviðum.
2. Skilningur á kristalsbyggingum og notkun SiC
SiC státar af yfir 200 fjölgerðum, flokkaðar eftir atómaskipan þeirra í teninga (3C), sexhyrndar (H) og rhombohedral (R) mannvirki. Þar á meðal eru 4H-SiC og 6H-SiC mikið notaðar í aflmiklum og sjónrænum tækjum, í sömu röð, en β-SiC er metið fyrir frábæra hitaleiðni, slitþol og tæringarþol.
β-SiCeinstaka eiginleika, svo sem hitaleiðni á120-200 W/m·Kog varmaþenslustuðull sem samsvarar náið grafíti, gera það að ákjósanlegu efni fyrir yfirborðshúðun í búnaði fyrir yfirborðshúð.
3. SiC húðun: Eiginleikar og undirbúningstækni
SiC húðun, venjulega β-SiC, er notuð víða til að auka yfirborðseiginleika eins og hörku, slitþol og hitastöðugleika. Algengar aðferðir við undirbúning eru:
- Chemical Vapor Deposition (CVD):Veitir hágæða húðun með framúrskarandi viðloðun og einsleitni, tilvalin fyrir stór og flókin undirlag.
- Líkamleg gufuútfelling (PVD):Býður upp á nákvæma stjórn á samsetningu húðunar, hentugur fyrir notkun með mikilli nákvæmni.
- Úðatækni, rafefnafræðileg útfelling og slurry húðun: Þjóna sem hagkvæmur valkostur fyrir tiltekin notkun, þó með mismunandi takmörkunum í viðloðun og einsleitni.
Hver aðferð er valin út frá eiginleika undirlagsins og umsóknarkröfum.
4. SiC-húðuð grafít sceptors í MOCVD
SiC-húðaðir grafítsýklar eru ómissandi í Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), lykilferli í framleiðslu á hálfleiðurum og sjónrænum efnum.
Þessir susceptors veita öflugan stuðning við vöxt epitaxial filmu, tryggja hitastöðugleika og draga úr óhreinindum. SiC húðunin eykur einnig oxunarþol, yfirborðseiginleika og viðmótsgæði, sem gerir nákvæma stjórn á kvikmyndavexti.
5. Framfarir í átt að framtíðinni
Á undanförnum árum hefur verulegri viðleitni verið beint að því að bæta framleiðsluferla SiC-húðaðra grafíthvarfefna. Vísindamenn einbeita sér að því að auka hreinleika, einsleitni og endingartíma húðunar á sama tíma og draga úr kostnaði. Að auki, könnun á nýstárlegum efnum eins ogtantalkarbíð (TaC) húðunbýður upp á hugsanlegar endurbætur á hitaleiðni og tæringarþol, sem ryður brautina fyrir næstu kynslóðar lausnir.
Eftir því sem eftirspurn eftir SiC-húðuðum grafítviðurkennum heldur áfram að vaxa, munu framfarir í greindri framleiðslu og iðnaðarframleiðslu styðja enn frekar við þróun hágæða vara til að mæta vaxandi þörfum hálfleiðara- og ljóseindaiðnaðarins.
Birtingartími: 24. nóvember 2023