Кремний карбиды керамикасы һәм ярымүткәргечле кремний карбиды: ике төрле язмышлы бер үк материал

1. Чимал өчен төрле сафлык таләпләре

 

Керамик сыйфатлы SiC порошок чималы өчен чагыштырмача йомшак чисталык таләпләренә ия. Гадәттә, 90%-98% чисталыклы коммерция сыйфатлы продуктлар күпчелек куллану ихтыяҗларын канәгатьләндерә ала, гәрчә югары нәтиҗәле структураль керамика өчен 98%-99,5% чисталык таләп ителергә мөмкин (мәсәлән, реакция белән бәйләнгән SiC контрольдә тотылган ирекле кремний күләмен таләп итә). Ул кайбер пычракларга түзә һәм кайвакыт махсус рәвештә алюминий оксиды (Al₂O₃) яки иттрий оксиды (Y₂O₃) кебек синтезлау ярдәм чараларын куллана, бу синтезлау нәтиҗәлелеген яхшырту, синтезлау температурасын киметү һәм соңгы продукт тыгызлыгын арттыру өчен кулланыла.

 

Ярымүткәргечле SiC камил дәрәҗәдәге сафлык таләп итә. Субстратлы монокристалл SiC ≥99.9999% (6N) сафлык таләп итә, кайбер югары дәрәҗәдәге кушымталар өчен 7N (99.99999%) сафлык кирәк. Эпитаксиаль катламнар катнашма концентрациясен 10¹⁶ атом/см³ дан түбән тотарга тиеш (аеруча B, Al һәм V кебек тирән дәрәҗәдәге катнашмалардан саклану). Хәтта тимер (Fe), алюминий (Al) яки бор (B) кебек эзлекле катнашмалар да электр үзлекләренә җитди йогынты ясый ала, ташучыларның таралуына китерә, җимерелү кыры көчен киметә һәм, ниһаять, җайланманың эшләвен һәм ышанычлылыгын боза, бу катнашмаларны катгый контрольдә тотуны таләп итә.

 

Кремний карбиды ярымүткәргеч материал

 

2. Аерым кристалл структуралары һәм сыйфаты

 

Керамик сыйфатлы SiC, нигездә, поликристалл порошок яки күп санлы очраклы рәвештә юнәлтелгән SiC микрокристаллларыннан торган фенланган җисемнәр рәвешендә була. Материалда берничә политип (мәсәлән, α-SiC, β-SiC) булырга мөмкин, билгеле бер политиплар өстеннән катгый контроль булмаганда, материалның гомуми тыгызлыгына һәм бердәмлегенә басым ясала. Аның эчке структурасында бөртекләрнең чикләре һәм микроскопик тишекләр күп, һәм фенлаштыру ярдәмен (мәсәлән, Al₂O₃, Y₂O₃) үз эченә алырга мөмкин.

 

Ярымүткәргечле SiC югары дәрәҗәдәге тәртипкә китерелгән кристалл структуралары булган монокристалл субстратлар яки эпитаксиаль катламнар булырга тиеш. Бу төгәл кристалл үстерү ысуллары аша алынган махсус политипларны таләп итә (мәсәлән, 4H-SiC, 6H-SiC). Электроннарның хәрәкәтчәнлеге һәм зона аралыгы кебек электр үзлекләре политип сайлауга бик сизгер, шуңа күрә катгый контроль таләп ителә. Хәзерге вакытта 4H-SiC югары йөртүче хәрәкәтчәнлеге һәм җимерелү кыры көчәнеше кебек югары электр үзлекләре аркасында базарда өстенлек итә, бу аны көч җайланмалары өчен идеаль итә.

 

3. Процесс катлаулылыгын чагыштыру

 

Керамик сыйфатлы SiC, "кирпеч ясау"га охшаган, чагыштырмача гади җитештерү процессларын куллана (порошок әзерләү → формалаштыру → бломерлау). Процесс түбәндәгеләрне үз эченә ала:

 

• Сәүдә сыйфатындагы SiC порошогын (гадәттә микрон зурлыгындагы) бәйләгеч матдәләр белән кушу
• Басу аша формалаштыру
• Кисәкчәләрнең диффузиясе аша тыгызлануга ирешү өчен югары температурада (1600-2200°C) кисү
  Күпчелек кушымталар >90% тыгызлык белән канәгатьләндерелергә мөмкин. Бөтен процесс кристалл үсешен төгәл контрольдә тотуны таләп итми, киресенчә, формалаштыруга һәм кайнатуга юнәлтелгән. Өстенлекләр арасында катлаулы формалар өчен процессның сыгылмалылыгы бар, ләкин чагыштырмача түбәнрәк чисталык таләпләре бар.

 

Ярымүткәргечле SiC күпкә катлаулырак процессларны үз эченә ала (югары сафлыклы порошок әзерләү → монокристалл субстрат үстерү → эпитаксиаль пластина утырту → җайланма ясау). Төп адымнар түбәндәгеләрне үз эченә ала:

 

• Нигездә, физик пар транспорты (PVT) ысулы белән субстрат әзерләү
• SiC порошогын экстремаль шартларда сублимацияләү (2200-2400°C, югары вакуум)
• Температура градиентларын (±1°C) һәм басым параметрларын төгәл контрольдә тоту
• Бер төрле калынлыктагы, кушылган катламнар (гадәттә берничәдән ​​дистәгә кадәр микронга кадәр) барлыкка китерү өчен химик пар утырту (ХПК) юлы белән эпитаксиаль катлам үсеше.
  Пычрануны булдырмас өчен бөтен процесс ультра чиста мохитне (мәсәлән, 10 нчы класслы чиста бүлмәләр) таләп итә. Үзенчәлекләренә процессның югары төгәллеге керә, бу җылылык кырларын һәм газ агымы тизлеген контрольдә тотуны таләп итә, чималның чисталыгына (>99.9999%) һәм җиһазларның камиллегенә катгый таләпләр куела.

 

4. Зур бәя аермалары һәм базар юнәлешләре

 

Керамик сыйфатлы SiC үзенчәлекләре:

• Чимал: Сәүдә сыйфатындагы порошок
• Чагыштырмача гади процесслар
• Түбән бәя: тоннасына меңләгәннән дистәләгән мең юаньга кадәр
• Киң кулланылыш: Абразивлар, отка чыдам материаллар һәм башка чыгымнарга сизгер тармаклар

 

Ярымүткәргечле SiC үзенчәлекләре:

• Субстратның озын үсеш цикллары
• Кимчелекләрне контрольдә тотуны авырайту
• Түбән уңыш күрсәткечләре
• Югары бәя: 6 дюймлы субстрат өчен меңләгән АКШ доллары
• Төп базарлар: Көч җайланмалары һәм радиоешлык компонентлары кебек югары җитештерүчән электроника
  Яңа энергияле транспорт чаралары һәм 5G элемтәсе тиз үсеш алганлыктан, базар ихтыяҗы экспоненциаль рәвештә арта.

 

5. Дифференциацияләнгән кушымталар сценарийлары

 

Керамик сыйфатлы SiC, нигездә, структура кушымталары өчен "сәнәгать эш аты" булып хезмәт итә. Үзенең искиткеч механик үзенчәлекләрен (югары катылык, тузуга чыдамлык) һәм җылылык үзенчәлекләрен (югары температурага чыдамлык, оксидлашуга чыдамлык) кулланып, ул түбәндәгеләрдә өстенлек итә:

 

• Абразивлар (шлифовкалау тәгәрмәчләре, шлифовкалау кәгазе)
• Отка чыдамлылык (югары температуралы мич капламалары)
• Тузуга/коррозиягә чыдам компонентлар (насос корпуслары, торба капламалары)

 

Кремний карбиды керамик структура компонентлары

 

Ярымүткәргечле SiC электрон җайланмаларда уникаль өстенлекләрне күрсәтү өчен киң полоса аралыгы булган ярымүткәргеч үзлекләрен кулланып, "электрон элита" ролен үти:

 

• Көч җайланмалары: электромобиль инверторлары, челтәр конвертерлары (электр энергиясен үзгәртү нәтиҗәлелеген яхшырту)
• Радиоелемтәләр җайланмалары: 5G база станцияләре, радар системалары (югарырак эш ешлыкларын тәэмин итә)
• Оптоэлектроника: Зәңгәр светодиодлар өчен субстрат материалы

 

200 миллиметрлы SiC эпитаксиаль пластинасы

 

Үлчәм	Керамик сыйфатлы SiC	Ярымүткәргечле SiC
Кристалл структурасы	Поликристалл, күп политиплар	Монокристалл, катгый сайланган политиплар
Процесска игътибар	Тыгызлык һәм форманы контрольдә тоту	Кристалл сыйфаты һәм электр үзенчәлекләрен контрольдә тоту
Эшчәнлек өстенлеклелеге	Механик ныклык, коррозиягә чыдамлык, термик тотрыклылык	Электр үзлекләре (тышкы зона, ватылу кыры һ.б.)
Кушымта сценарийлары	Конструкция компонентлары, тузуга чыдам детальләр, югары температуралы компонентлар	Югары куәтле җайланмалар, югары ешлыклы җайланмалар, оптоэлектрон җайланмалар
Чыгымнар драйверлары	Процессның сыгылмалылыгы, чимал бәясе	Кристалл үсеш тизлеге, җиһазларның төгәллеге, чималның сафлыгы

 

Кыскасы, төп аерма аларның аерым функциональ максатларыннан килеп чыга: керамик класслы SiC "форма (структура)" куллана, ә ярымүткәргеч класслы SiC "үзлекләр (электр)" куллана. Беренчесе экономияле механик/термик эшчәнлеккә омтыла, ә икенчесе югары сафлыклы, монокристалл функциональ материал буларак материал әзерләү технологиясенең иң югары ноктасын күрсәтә. Бер үк химик чыгышлы булсалар да, керамик класслы һәм ярымүткәргеч класслы SiC сафлыкта, кристалл структурасында һәм җитештерү процессларында ачык аермалар күрсәтә, ләкин икесе дә үз өлкәләрендә сәнәгать җитештерүенә һәм технологик алгарышка зур өлеш кертә.