Vývoj a aplikace karbidu křemíku (SiC)
1. Století inovací v SiC
Cesta karbidu křemíku (SiC) začala v roce 1893, kdy Edward Goodrich Acheson navrhl pec Acheson, využívající uhlíkové materiály k dosažení průmyslové výroby SiC elektrickým ohřevem křemene a uhlíku. Tento vynález znamenal začátek industrializace SiC a vynesl Achesonovi patent.
Na počátku 20. století byl SiC primárně používán jako brusivo díky své pozoruhodné tvrdosti a odolnosti proti opotřebení. V polovině 20. století odemkl pokrok v technologii chemické depozice z plynné fáze (CVD) nové možnosti. Výzkumníci z Bell Labs pod vedením Rustuma Roye položili základy pro CVD SiC a dosáhli prvních SiC povlaků na grafitových površích.
V 70. letech 20. století došlo k velkému průlomu, když Union Carbide Corporation použila grafit potažený SiC při epitaxním růstu polovodičových materiálů z nitridu galia (GaN). Tento pokrok hrál klíčovou roli u vysoce výkonných LED a laserů na bázi GaN. V průběhu desetiletí se povlaky SiC rozšířily za hranice polovodičů do aplikací v letectví, automobilovém průmyslu a výkonové elektronice, a to díky zlepšení výrobních technik.
Inovace, jako je tepelné stříkání, PVD a nanotechnologie, dnes dále zlepšují výkon a aplikaci povlaků SiC a ukazují jeho potenciál v nejmodernějších oborech.
2. Pochopení krystalových struktur a použití SiC
SiC se může pochlubit více než 200 polytypy, které jsou rozděleny podle jejich atomového uspořádání do kubických (3C), hexagonálních (H) a romboedrických (R) struktur. Mezi nimi jsou 4H-SiC a 6H-SiC široce používány ve vysoce výkonných a optoelektronických zařízeních, zatímco β-SiC je ceněn pro svou vynikající tepelnou vodivost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
β-SiCjedinečné vlastnosti, jako je tepelná vodivost120-200 W/m·Ka koeficient tepelné roztažnosti těsně odpovídající grafitu z něj činí preferovaný materiál pro povrchové povlaky v zařízení pro epitaxi plátků.
3. SiC povlaky: Vlastnosti a techniky přípravy
Povlaky SiC, typicky β-SiC, jsou široce používány pro zlepšení povrchových vlastností, jako je tvrdost, odolnost proti opotřebení a tepelná stabilita. Mezi běžné způsoby přípravy patří:
- Chemická depozice z plynné fáze (CVD):Poskytuje vysoce kvalitní nátěry s vynikající přilnavostí a rovnoměrností, ideální pro velké a složité podklady.
- Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD):Nabízí přesnou kontrolu nad složením nátěru, vhodný pro vysoce přesné aplikace.
- Techniky stříkání, elektrochemické nanášení a nanášení suspenzí: Slouží jako nákladově efektivní alternativa pro specifické aplikace, i když s různými omezeními přilnavosti a uniformity.
Každá metoda je zvolena na základě vlastností podkladu a požadavků na aplikaci.
4. Grafitové susceptory potažené SiC v MOCVD
Grafitové susceptory potažené SiC jsou nepostradatelné při organické chemické depozici z plynné fáze (MOCVD), což je klíčový proces ve výrobě polovodičových a optoelektronických materiálů.
Tyto susceptory poskytují robustní podporu pro růst epitaxního filmu, zajišťují tepelnou stabilitu a snižují kontaminaci nečistotami. Povlak SiC také zvyšuje odolnost proti oxidaci, vlastnosti povrchu a kvalitu rozhraní, což umožňuje přesnou kontrolu během růstu filmu.
5. Pokrok směrem k budoucnosti
V posledních letech bylo značné úsilí zaměřeno na zlepšení výrobních procesů grafitových substrátů potažených SiC. Výzkumníci se zaměřují na zvýšení čistoty, jednotnosti a životnosti povlaku při současném snížení nákladů. Kromě toho průzkum inovativních materiálů, jako jepovlaky z karbidu tantalu (TaC).nabízí potenciální zlepšení tepelné vodivosti a odolnosti proti korozi a připravuje cestu pro řešení nové generace.
Vzhledem k tomu, že poptávka po grafitových susceptorech potažených SiC neustále roste, pokroky v inteligentní výrobě a výrobě v průmyslovém měřítku dále podpoří vývoj vysoce kvalitních produktů, které splňují vyvíjející se potřeby polovodičového a optoelektronického průmyslu.
Čas odeslání: 24. listopadu 2023