Кратка историја на силициум карбид и примена на облоги од силициум карбид

1. Развој на SiC

Во 1893 година, Едвард Гудрих Ачесон, откривачот на SiC, дизајнираше резисторна печка користејќи јаглеродни материјали - позната како печка Ачесон - за да започне индустриското производство на силициум карбид со електрично загревање на мешавина од кварц и јаглерод. Тој потоа поднел патент за овој изум.

Од почетокот до средината на 20 век, поради неговата исклучителна цврстина и отпорност на абење, силициум карбидот првенствено се користел како абразив во алати за мелење и сечење.

Во текот на 1950-тите и 1960-тите, со доаѓањето наТехнологија на хемиско таложење на пареа (CVD)., научниците како Рустум Рој од Bell Labs во Соединетите Држави беа пионери во истражувањето на CVD SiC технологијата. Тие развија процеси на таложење на пареа на SiC и спроведоа прелиминарни истражувања во неговите својства и апликации, постигнувајќи го првото таложење наSiC облоги на графитни површини. Оваа работа постави клучна основа за CVD подготовка на материјали за обложување SiC.

Во 1963 година, истражувачите на Bell Labs, Хауард Вахтел и Џозеф Велс, ја основаа CVD Incorporated, фокусирајќи се на развојот на технологии за хемиско таложење на пареа за SiC и други керамички материјали за обложување. Во 1974 година го постигнаа првото индустриско производство награфитни производи обложени со силициум карбид. Оваа пресвртница означи значителен напредок во технологијата на облоги од силициум карбид на графитни површини, отворајќи го патот за нивна широка примена во области како што се полупроводници, оптика и воздушната.

Во 1970-тите, истражувачите од Union Carbide Corporation (сега подружница во целосна сопственост на Dow Chemical) првпат аплицирааГрафитни бази обложени со силициум карбидво епитаксијалниот раст на полупроводничките материјали како што е галиум нитрид (GaN). Оваа технологија беше клучна за производство со високи перформансиLED диоди базирани на GaN(диоди што емитуваат светлина) и ласери, поставувајќи ја основата за следнитеТехнологија на епитаксија на силициум карбиди станува значајна пресвртница во примената на материјалите од силициум карбид во полето на полупроводници.

Од 1980-тите до почетокот на 21-от век, напредокот во производствените технологии ги прошири индустриските и комерцијалните апликации на премазите од силициум карбид од воздушната до автомобилската, енергетската електроника, полупроводничката опрема и различните индустриски компоненти како антикорозивни облоги.

Од почетокот на 21 век до денес, развојот на термичкото прскање, PVD и нанотехнологијата воведоа нови методи за подготовка на облогата. Истражувачите почнаа да истражуваат и развиваат облоги од силикон карбид со нано размери за дополнително да ги подобрат перформансите на материјалот.

Накратко, технологијата за подготовка заCVD силициум карбид премазипремина од лабораториски истражувања во индустриски апликации во текот на изминатите неколку децении, постигнувајќи континуиран напредок и откритија.

2. SiC кристална структура и полиња за примена

Силициум карбид има над 200 политипови, првенствено категоризирани во три главни групи врз основа на распоредот на натрупување на атоми на јаглерод и силициум: кубни (3C), хексагонални (H) и ромбоедарски ®. Вообичаени примери вклучуваат 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и 15R-SiC. Тие можат да бидат широко поделени на два главни типа:

Слика 1: Кристална структура на силициум карбид

α-SiC:Ова е стабилна структура на висока температура и оригиналниот тип на структура пронајден во природата.

β-SiC:Ова е стабилна структура на ниски температури, која може да се формира со реакција на силикон и јаглерод на околу 1450°C. β-SiC може да се трансформира во α-SiC на температури помеѓу 2100-2400°C.

Различни политипови на SiC имаат различна употреба. На пример, 4H-SiC во α-SiC е погоден за производство на уреди со висока моќност, додека 6H-SiC е најстабилен тип и се користи во оптоелектронски уреди. β-SiC, освен што се користи во RF уреди, е исто така важен како тенок филм и материјал за обложување во средини со висока температура, високо абење и високо корозивни средини, обезбедувајќи заштитни функции. β-SiC има неколку предности во однос на α-SiC:

(1)Неговата топлинска спроводливост се движи помеѓу 120-200 W/m·K, значително повисока од 100-140 W/m·K на α-SiC.

(2) β-SiC покажува поголема цврстина и отпорност на абење.

(3) Во однос на отпорноста на корозија, додека α-SiC добро функционира во неоксидирачки и благо кисели средини, β-SiC останува стабилен под поагресивни оксидирачки и силно алкални услови, покажувајќи ја својата супериорна отпорност на корозија низ поширок опсег на хемиски средини .

Дополнително, коефициентот на термичка експанзија на β-SiC тесно се совпаѓа со оној на графитот, што го прави претпочитан материјал за површински облоги на графитни основи во опремата за епитаксија на нафора поради овие комбинирани својства.

3. SiC облоги и методи на подготовка

(1) SiC облоги

SiC облогите се тенки филмови формирани од β-SiC, кои се нанесуваат на површините на подлогата преку различни процеси на обложување или таложење. Овие премази обично се користат за подобрување на цврстината, отпорноста на абење, отпорноста на корозија, отпорноста на оксидација и перформансите на високи температури. Силиконските карбидни облоги имаат широка примена на различни супстрати како што се керамиката, металите, стаклото и пластиката, и широко се користат во воздушната, автомобилската индустрија, електрониката и други полиња.

Слика 2: Микроструктура на попречен пресек на облогата на SiC на графитната површина

(2)  Методи на подготовка

Главните методи за подготовка на SiC облоги вклучуваат хемиско таложење на пареа (CVD), физичко таложење на пареа (PVD), техники на прскање, електрохемиско таложење и синтерување со кашеста маса.

Хемиско таложење на пареа (CVD):

CVD е еден од најчесто користените методи за подготовка на облоги од силициум карбид. За време на CVD процесот, прекурсорните гасови што содржат силикон и јаглерод се внесуваат во комората за реакција, каде што се распаѓаат на високи температури за да создадат атоми на силициум и јаглерод. Овие атоми се апсорбираат на површината на подлогата и реагираат за да формираат слој од силициум карбид. Со контролирање на клучните параметри на процесот како што се брзината на проток на гас, температурата на таложење, притисокот на таложење и времето, дебелината, стехиометријата, големината на зрната, кристалната структура и ориентацијата на облогата може прецизно да се приспособат за да се исполнат специфичните барања за примена. Друга предност на овој метод е неговата соодветност за обложување на големи и сложени подлоги со добра адхезија и способности за полнење. Сепак, прекурсорите и нуспроизводите што се користат во процесот на CVD често се запаливи и корозивни, што го прави производството опасно. Дополнително, стапката на искористеност на суровините е релативно ниска, а трошоците за подготовка се високи.

Физичко таложење на пареа (PVD):

PVD вклучува употреба на физички методи како што се термичко испарување или магнетронско прскање под висок вакуум за да се испаруваат материјалите од силициум карбид со висока чистота и да се кондензираат на површината на подлогата, формирајќи тенок филм. Овој метод овозможува прецизна контрола врз дебелината и составот на облогата, создавајќи густи премази од силициум карбид погодни за високопрецизни апликации како што се премази на алат за сечење, керамички премази, оптички премази и премази со топлинска бариера. Сепак, постигнувањето униформа покриеност на компонентите во сложена форма, особено во вдлабнатини или засенчени области, е предизвик. Дополнително, адхезијата помеѓу облогата и подлогата може да биде недоволна. PVD опремата е скапа поради потребата од скапи високовакуумски системи и прецизна опрема за контрола. Понатаму, стапката на таложење е бавна, што резултира со ниска производна ефикасност, што го прави несоодветен за индустриско производство од големи размери.

Техника на прскање:

Ова вклучува прскање на течни материјали на површината на подлогата и нивно стврднување на одредени температури за да се формира облога. Методот е едноставен и исплатлив, но добиените облоги обично покажуваат слаба адхезија на подлогата, послаба униформност, потенки облоги и помала отпорност на оксидација, честопати бараат дополнителни методи за подобрување на перформансите.

Електрохемиско таложење:

Оваа техника користи електрохемиски реакции за депонирање на силициум карбид од растворот на површината на подлогата. Со контролирање на потенцијалот на електродата и составот на растворот на претходникот, може да се постигне униформен раст на облогата. Силициум карбидните облоги подготвени со овој метод се применливи во одредени области како што се хемиски/биолошки сензори, фотоволтаични уреди, материјали за електроди за литиум-јонски батерии и премази отпорни на корозија.

Обложување со кашеста маса и синтерување:

Овој метод вклучува мешање на материјалот за обложување со врзива за да се создаде кашеста маса, која рамномерно се нанесува на површината на подлогата. По сушењето, обложеното работно парче се синтерува на високи температури во инертна атмосфера за да се формира саканиот слој. Неговите предности вклучуваат едноставно и лесно ракување и контролирана дебелина на облогата, но цврстината на врзување помеѓу облогата и подлогата е често послаба. Облогите имаат и слаба отпорност на термички шок, помала униформност и неконзистентни процеси, што ги прави несоодветни за масовно производство.

Севкупно, изборот на соодветен метод за подготовка на облогата со силициум карбид бара сеопфатно разгледување на барањата за изведба, карактеристиките на подлогата и трошоците врз основа на сценариото за примена.

4. Графит чувствителни обложени со SiC

Графитните сензори обложени со SiC се клучни воПроцеси на таложење на метални органски хемиски пареа (MOCVD)., техника која широко се користи за подготовка на тенки фолии и облоги во областа на полупроводниците, оптоелектрониката и другите науки за материјалите.

Слика 3

5. Функции на графитни супстрати обложени со SiC во опремата MOCVD

Графитните подлоги обложени со SiC се клучни во процесите на Метално органско хемиско таложење на пареа (MOCVD), техника која широко се користи за подготовка на тенки слоеви и облоги во областа на полупроводниците, оптоелектрониката и другите науки за материјалите.

Слика 4: Опрема Semicorex CVD

Носач за поддршка:Во MOCVD, полупроводничките материјали можат да растат слој по слој на површината на подлогата од обланда, формирајќи тенки филмови со специфични својства и структури.Носачот на графит обложен со SiCделува како потпорен носач, обезбедувајќи стабилна и стабилна платформа заепитаксијаод полупроводнички тенки филмови. Одличната термичка стабилност и хемиската инертност на слојот SiC ја одржуваат стабилноста на подлогата во средини со висока температура, намалувајќи ги реакциите со корозивни гасови и обезбедувајќи висока чистота и конзистентни својства и структури на растените полупроводнички филмови. Примерите вклучуваат графитни подлоги обложени со SiC за епитаксијален раст GaN во опремата MOCVD, графитни подлоги обложени со SiC за епитаксијален раст со еднокристален силикон (рамни подлоги, тркалезни подлоги, тридимензионални подлоги) и графитни подлоги обложени со SiC заSiC епитаксијален раст.

Термичка стабилност и отпорност на оксидација:Процесот MOCVD може да вклучува реакции на висока температура и оксидирачки гасови. Облогата SiC обезбедува дополнителна термичка стабилност и заштита од оксидација за графитната подлога, спречувајќи дефект или оксидација во средини со висока температура. Ова е од клучно значење за контролирање и одржување на конзистентноста на растот на тенок слој.

Контрола на материјалниот интерфејс и својствата на површината:Облогата SiC може да влијае на интеракциите помеѓу филмот и подлогата, влијаејќи на режимите на раст, усогласувањето на решетката и квалитетот на интерфејсот. Со прилагодување на својствата на облогата SiC, може да се постигне попрецизен раст на материјалот и контрола на интерфејсот, со што се подобруваат перформансите наепитаксијални филмови.

Намалување на контаминација со нечистотија:Високата чистота на SiC облогите може да ја минимизира контаминацијата со нечистотии од графитните подлоги, обезбедувајќи декаизраснати епитаксијални филмовија имаат потребната висока чистота. Ова е од витално значење за перформансите и доверливоста на полупроводничките уреди.

Слика 5: СемикорексГрафитен рецептор обложен со SiCкако Носач на нафора во Епитаксија

Во краток преглед,Графитни подлоги обложени со SiCобезбедуваат подобра поддршка на базата, термичка стабилност и контрола на интерфејсот во процесите на MOCVD, промовирајќи го растот и подготовката на висококвалитетниепитаксијални филмови.

6. Заклучок и Outlook

Во моментов, истражувачките институции во Кина се посветени на подобрување на производните процеси начувствителни графитни обложени со силициум карбид, подобрување на чистотата и униформноста на облогата и зголемување на квалитетот и животниот век на SiC премазите со истовремено намалување на трошоците за производство. Истовремено, тие истражуваат начини како да постигнат интелигентни производствени процеси за графитни подлоги обложени со силициум карбид за да ја подобрат ефикасноста на производството и квалитетот на производот. Индустријата ги зголемува инвестициите во индустријализацијата награфитни подлоги обложени со силициум карбид, подобрување на обемот на производството и квалитетот на производот за да се задоволат барањата на пазарот. Неодамна, истражувачките институции и индустриите активно истражуваат нови технологии за обложување, како што е примената наTaC облоги на графитни сензори, за подобрување на топлинската спроводливост и отпорноста на корозија.**

Semicorex нуди висококвалитетни компоненти за материјали обложени со CVD SiC. Ако имате какви било прашања или ви требаат дополнителни детали, не двоумете се да стапите во контакт со нас.

Контакт телефон +86-13567891907

Е-пошта: sales@semicorex.com