Ränikarbiidi (SiC) väljatöötamine ja rakendused
1. Sajand innovatsiooni ränikarbiidis
Ränikarbiidi (SiC) teekond algas 1893. aastal, kui Edward Goodrich Acheson kavandas Achesoni ahju, kasutades süsinikmaterjale, et saavutada ränikarbiidi tööstuslik tootmine kvartsi ja süsiniku elektrilise kuumutamise kaudu. See leiutis tähistas SiC industrialiseerimise algust ja tõi Achesonile patendi.
20. sajandi alguses kasutati ränidioksiidi peamiselt abrasiivina selle märkimisväärse kõvaduse ja kulumiskindluse tõttu. 20. sajandi keskpaigaks avasid keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) tehnoloogia edusammud uued võimalused. Bell Labsi teadlased eesotsas Rustum Royga panid aluse CVD SiC-le, saavutades esimesed SiC katted grafiitpindadele.
1970. aastatel toimus suur läbimurre, kui Union Carbide Corporation rakendas SiC-ga kaetud grafiiti galliumnitriidi (GaN) pooljuhtmaterjalide epitaksiaalses kasvus. See edusamm mängis pöördelist rolli suure jõudlusega GaN-põhiste LED-ide ja laserite puhul. Aastakümnete jooksul on ränikarbiidi katted tänu tootmistehnikate täiustamisele laienenud pooljuhtidest kaugemale, kuni rakendusteni kosmosetööstuses, autotööstuses ja jõuelektroonikas.
Tänapäeval suurendavad uuendused nagu termiline pihustamine, PVD ja nanotehnoloogia veelgi ränikarbiidi katete jõudlust ja pealekandmist, näidates selle potentsiaali tipptasemel valdkondades.
2. SiC kristallide struktuuride ja kasutusalade mõistmine
SiC-l on üle 200 polütüübi, mis jagunevad nende aatomite paigutuse järgi kuup- (3C), kuusnurkseteks (H) ja romboeedrilisteks (R) struktuurideks. Nende hulgas kasutatakse 4H-SiC ja 6H-SiC laialdaselt vastavalt suure võimsusega ja optoelektroonilistes seadmetes, samas kui β-SiC hinnatakse selle suurepärase soojusjuhtivuse, kulumiskindluse ja korrosioonikindluse tõttu.
β-SiC-dainulaadsed omadused, näiteks soojusjuhtivus120-200 W/m·Kja soojuspaisumise koefitsient, mis vastab täpselt grafiidile, muudavad selle eelistatud materjaliks vahvlite epitaksiseadmete pinnakatete jaoks.
3. SiC katted: omadused ja valmistamismeetodid
SiC katteid, tavaliselt β-SiC, kasutatakse laialdaselt, et parandada pinna omadusi, nagu kõvadus, kulumiskindlus ja termiline stabiilsus. Levinud valmistamismeetodid hõlmavad järgmist:
- Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD):Pakub kvaliteetseid katteid, millel on suurepärane nakkuvus ja ühtlus, mis sobib ideaalselt suurtele ja keerukatele aluspindadele.
- Füüsiline aurustamine-sadestamine (PVD):Pakub täpset kontrolli katte koostise üle, sobib ülitäpsete rakenduste jaoks.
- Pihustamismeetodid, elektrokeemiline sadestamine ja läga katmine: Toimivad kulutõhusate alternatiividena konkreetsete rakenduste jaoks, kuigi erinevate nakke- ja ühtluspiirangutega.
Iga meetod valitakse substraadi omaduste ja kasutusnõuete alusel.
4. SiC-kattega grafiidisusseptorid MOCVD-s
SiC-ga kaetud grafiidisusseptorid on asendamatud metallorgaanilise keemilise aurustamise-sadestamise (MOCVD) puhul, mis on pooljuhtide ja optoelektrooniliste materjalide valmistamise põhiprotsess.
Need sustseptorid toetavad tugevat epitaksiaalset kile kasvu, tagades termilise stabiilsuse ja vähendades saastumist lisanditega. SiC kate suurendab ka oksüdatsioonikindlust, pinnaomadusi ja liidese kvaliteeti, võimaldades kile kasvu ajal täpset juhtimist.
5. Edasiminek tuleviku suunas
Viimastel aastatel on tehtud märkimisväärseid jõupingutusi ränidioksiidiga kaetud grafiidist substraatide tootmisprotsesside täiustamiseks. Teadlased keskenduvad katte puhtuse, ühtluse ja eluea suurendamisele, vähendades samal ajal kulusid. Lisaks uuritakse uuenduslikke materjale nagutantaalkarbiidi (TaC) kattedpakub potentsiaalseid soojusjuhtivuse ja korrosioonikindluse parandusi, sillutades teed järgmise põlvkonna lahendustele.
Kuna nõudlus ränidioksiidiga kaetud grafiidisustseptorite järele kasvab jätkuvalt, toetavad intelligentse tootmise ja tööstusliku tootmise edusammud veelgi kvaliteetsete toodete väljatöötamist, et rahuldada pooljuhtide ja optoelektroonikatööstuse muutuvaid vajadusi.
Postitusaeg: 24.11.2023