Распрацоўка і прымяненне карбіду крэмнія (SiC)
1. Стагоддзе інавацый у SiC
Падарожжа карбіду крэмнію (SiC) пачалося ў 1893 годзе, калі Эдвард Гудрыч Ачэсан распрацаваў печ Ачэсана з выкарыстаннем вугляродных матэрыялаў для дасягнення прамысловай вытворчасці карбіду крэмнію шляхам электрычнага нагрэву кварца і вугляроду. Гэта вынаходніцтва паклала пачатак індустрыялізацыі SiC і прынесла Ачэсану патэнт.
У пачатку 20-га стагоддзя SiC у асноўным выкарыстоўваўся ў якасці абразіва дзякуючы сваёй выдатнай цвёрдасці і зносаўстойлівасці. Да сярэдзіны 20-га стагоддзя прагрэс у тэхналогіі хімічнага нанясення з паравай фазы (CVD) адкрыў новыя магчымасці. Даследчыкі з Bell Labs пад кіраўніцтвам Растума Роя заклалі аснову для CVD SiC, атрымаўшы першыя SiC-пакрыцці на графітавых паверхнях.
У 1970-я гады адбыўся вялікі прарыў, калі карпарацыя Union Carbide прымяніла графіт з пакрыццём SiC для эпітаксіяльнага росту паўправадніковых матэрыялаў з нітрыду галію (GaN). Гэты прагрэс адыграў ключавую ролю ў высокаэфектыўных святлодыёдах і лазерах на аснове GaN. На працягу дзесяцігоддзяў дзякуючы ўдасканаленню вытворчых тэхналогій пакрыцці SiC выйшлі не толькі на паўправаднікі, але і на прымяненне ў аэракасмічнай, аўтамабільнай і сілавой электроніцы.
Сёння такія інавацыі, як тэрмічнае напыленне, PVD і нанатэхналогіі, яшчэ больш паляпшаюць прадукцыйнасць і прымяненне SiC-пакрыццяў, дэманструючы іх патэнцыял у перадавых галінах.
2. Разуменне крышталічных структур і выкарыстання SiC
SiC можа пахваліцца больш чым 200 політыпамі, класіфікаванымі па іх размяшчэнні атамаў на кубічныя (3C), шасцікутныя (H) і ромбаэдрычныя (R) структуры. Сярод іх 4H-SiC і 6H-SiC шырока выкарыстоўваюцца адпаведна ў магутных і оптаэлектронных прыладах, у той час як β-SiC цэніцца за выдатную цеплаправоднасць, зносаўстойлівасць і ўстойлівасць да карозіі.
β-SiCунікальныя ўласцівасці, такія як цеплаправоднасць120-200 Вт/м·Кі каэфіцыент цеплавога пашырэння, блізкі да графіту, робяць яго пераважным матэрыялам для пакрыцця паверхні ў абсталяванні для эпітаксіі пласцін.
3. SiC-пакрыцці: уласцівасці і метады атрымання
SiC-пакрыцці, як правіла, β-SiC, шырока прымяняюцца для паляпшэння такіх уласцівасцей паверхні, як цвёрдасць, зносаўстойлівасць і тэрмічная стабільнасць. Агульныя спосабы падрыхтоўкі ўключаюць:
- Хімічнае асаджэнне з пара (CVD):Забяспечвае высакаякасныя пакрыцця з выдатнай адгезіяй і аднастайнасцю, ідэальна падыходзіць для вялікіх і складаных падкладак.
- Фізічнае асаджэнне з паравой фазы (PVD):Прапануе дакладны кантроль складу пакрыцця, падыходзіць для высокадакладных прымянення.
- Метады распылення, электрахімічнае нанясенне і нанясенне шлама: Служаць у якасці эканамічна эфектыўных альтэрнатыў для канкрэтных прыкладанняў, хоць і з рознымі абмежаваннямі ў адгезіі і аднастайнасці.
Кожны метад выбіраецца зыходзячы з асаблівасцяў падкладкі і патрабаванняў да нанясення.
4. Графітавыя токоприемники з SiC-пакрыццём у MOCVD
Графітавыя пераносчыкі з пакрыццём з SiC незаменныя ў працэсе металаарганічнага хімічнага асаджэння з паравой фазы (MOCVD), які з'яўляецца ключавым працэсам у вытворчасці паўправаднікоў і оптаэлектронных матэрыялаў.
Гэтыя ўспрымальнікі забяспечваюць надзейную падтрымку росту эпітаксіяльнай плёнкі, забяспечваючы тэрмічную стабільнасць і памяншаючы забруджванне прымешкамі. Пакрыццё SiC таксама павышае ўстойлівасць да акіслення, уласцівасці паверхні і якасць інтэрфейсу, забяспечваючы дакладны кантроль падчас росту плёнкі.
5. Прасоўванне ў будучыню
У апошнія гады значныя намаганні былі накіраваны на ўдасканаленне працэсаў вытворчасці графітавых падкладак з SiC-пакрыццём. Даследчыкі засяроджваюцца на павышэнні чысціні, аднастайнасці і працягласці жыцця пакрыцця пры адначасовым зніжэнні выдаткаў. Акрамя таго, даследаванне інавацыйных матэрыялаў, якпакрыцця з карбіду тантала (TaC).прапануе патэнцыйныя паляпшэнні цеплаправоднасці і ўстойлівасці да карозіі, адкрываючы шлях для рашэнняў наступнага пакалення.
Па меры таго, як попыт на графітавыя пераносчыкі з карбіна-карбамідным пакрыццём працягвае расці, прагрэс у інтэлектуальнай вытворчасці і прамысловай вытворчасці будзе і далей падтрымліваць распрацоўку высакаякасных прадуктаў для задавальнення змяняючыхся патрэбаў паўправадніковай і оптаэлектроннай прамысловасці.
Час публікацыі: 24 лістапада 2023 г