Rozwój i zastosowania węglika krzemu (SiC)
1. Stulecie innowacji w SiC
Podróż węglika krzemu (SiC) rozpoczęła się w 1893 r., kiedy Edward Goodrich Acheson zaprojektował piec Acheson, wykorzystując materiały węglowe do przemysłowej produkcji SiC poprzez elektryczne ogrzewanie kwarcu i węgla. Wynalazek ten zapoczątkował industrializację SiC i zapewnił firmie Acheson patent.
Na początku XX wieku SiC był używany głównie jako materiał ścierny ze względu na jego niezwykłą twardość i odporność na zużycie. W połowie XX wieku postęp w technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) otworzył nowe możliwości. Naukowcy z Bell Labs, kierowani przez Rustuma Roya, położyli podwaliny pod CVD SiC, uzyskując pierwsze powłoki SiC na powierzchniach grafitowych.
Lata 70. XX wieku przyniosły poważny przełom, kiedy firma Union Carbide Corporation zastosowała grafit pokryty SiC do epitaksjalnego wzrostu materiałów półprzewodnikowych z azotku galu (GaN). Postęp ten odegrał kluczową rolę w tworzeniu wysokowydajnych diod LED i laserów na bazie GaN. Przez dziesięciolecia powłoki SiC rozszerzyły się poza półprzewodniki i znalazły zastosowania w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i energoelektronice dzięki udoskonaleniom technik produkcyjnych.
Obecnie innowacje, takie jak natryskiwanie termiczne, PVD i nanotechnologia, jeszcze bardziej poprawiają wydajność i zastosowanie powłok SiC, ukazując ich potencjał w najnowocześniejszych dziedzinach.
2. Zrozumienie struktury krystalicznej i zastosowań SiC
SiC może pochwalić się ponad 200 politypami, podzielonymi według układu atomów na struktury sześcienne (3C), sześciokątne (H) i romboedryczne (R). Wśród nich 4H-SiC i 6H-SiC są szeroko stosowane odpowiednio w urządzeniach dużej mocy i optoelektronicznych, podczas gdy β-SiC jest ceniony ze względu na doskonałą przewodność cieplną, odporność na zużycie i odporność na korozję.
β-SiCunikalne właściwości, takie jak przewodność cieplna120-200 W/m·Koraz współczynnik rozszerzalności cieplnej ściśle odpowiadający grafitowi, czynią go preferowanym materiałem na powłoki powierzchniowe w urządzeniach do epitaksji płytek.
3. Powłoki SiC: właściwości i techniki przygotowania
Powłoki SiC, zazwyczaj β-SiC, są szeroko stosowane w celu poprawy właściwości powierzchni, takich jak twardość, odporność na zużycie i stabilność termiczna. Typowe metody przygotowania obejmują:
- Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD):Zapewnia wysokiej jakości powłoki o doskonałej przyczepności i jednolitości, idealne na duże i złożone podłoża.
- Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD):Zapewnia precyzyjną kontrolę nad składem powłoki, odpowiedni do zastosowań wymagających dużej precyzji.
- Techniki natryskiwania, osadzanie elektrochemiczne i powlekanie zawiesiną: Służą jako opłacalne alternatywy dla określonych zastosowań, chociaż mają różne ograniczenia w zakresie przyczepności i jednorodności.
Każda metoda jest wybierana w oparciu o charakterystykę podłoża i wymagania dotyczące zastosowania.
4. Susceptory grafitowe pokryte SiC z MOCVD
Susceptory grafitowe pokryte SiC są niezbędne w chemicznym osadzaniu z fazy gazowej metali organicznych (MOCVD), kluczowym procesie w produkcji półprzewodników i materiałów optoelektronicznych.
Susceptory te zapewniają solidne wsparcie dla wzrostu warstwy epitaksjalnej, zapewniając stabilność termiczną i zmniejszając zanieczyszczenie zanieczyszczeniami. Powłoka SiC zwiększa również odporność na utlenianie, właściwości powierzchni i jakość granicy faz, umożliwiając precyzyjną kontrolę podczas wzrostu filmu.
5. Postęp w przyszłości
W ostatnich latach znaczne wysiłki poczyniono w celu udoskonalenia procesów produkcyjnych podłoży grafitowych pokrytych SiC. Naukowcy skupiają się na poprawie czystości, jednolitości i żywotności powłok, przy jednoczesnej redukcji kosztów. Dodatkowo poszukiwanie innowacyjnych materiałów, takich jakpowłoki z węglika tantalu (TaC).oferuje potencjalną poprawę przewodności cieplnej i odporności na korozję, torując drogę rozwiązaniom nowej generacji.
Ponieważ popyt na susceptory grafitowe pokryte SiC stale rośnie, postęp w inteligentnej produkcji i produkcji na skalę przemysłową będzie w dalszym ciągu wspierać rozwój wysokiej jakości produktów, aby sprostać zmieniającym się potrzebom przemysłu półprzewodników i optoelektroniki.
Czas publikacji: 24 listopada 2023 r