Разработването и приложенията на силициев карбид (SiC)
1. Един век иновации в SiC
Пътуването на силициевия карбид (SiC) започва през 1893 г., когато Едуард Гудрич Ачесън проектира пещта на Ачесън, използвайки въглеродни материали за постигане на промишлено производство на SiC чрез електрическо нагряване на кварц и въглерод. Това изобретение бележи началото на индустриализацията на SiC и спечели на Acheson патент.
В началото на 20 век SiC се използва предимно като абразив поради забележителната си твърдост и устойчивост на износване. До средата на 20-ти век напредъкът в технологията за химическо отлагане на пари (CVD) отключи нови възможности. Изследователи от Bell Labs, ръководени от Rustum Roy, поставиха основите на CVD SiC, постигайки първите SiC покрития върху графитни повърхности.
През 1970 г. се наблюдава голям пробив, когато Union Carbide Corporation прилага графит с покритие от SiC при епитаксиалното израстване на полупроводникови материали от галиев нитрид (GaN). Този напредък изигра ключова роля във високоефективните базирани на GaN светодиоди и лазери. През десетилетията SiC покритията се разшириха отвъд полупроводниците до приложения в космическата, автомобилната и силовата електроника, благодарение на подобренията в производствените техники.
Днес иновации като термично пръскане, PVD и нанотехнологии допълнително подобряват производителността и приложението на SiC покритията, демонстрирайки неговия потенциал в авангардни области.
2. Разбиране на кристалните структури и употреби на SiC
SiC може да се похвали с над 200 политипа, категоризирани според техните атомни подредби в кубични (3C), хексагонални (H) и ромбоедрични (R) структури. Сред тях 4H-SiC и 6H-SiC се използват широко в мощни и оптоелектронни устройства, съответно, докато β-SiC е ценен заради превъзходната си топлопроводимост, устойчивост на износване и устойчивост на корозия.
β-SiCуникални свойства, като топлопроводимост на120-200 W/m·Kи коефициент на термично разширение, близък до този на графита, го правят предпочитан материал за повърхностни покрития в оборудване за епитаксия на пластини.
3. SiC покрития: свойства и техники за получаване
SiC покритията, обикновено β-SiC, се прилагат широко за подобряване на повърхностните свойства като твърдост, устойчивост на износване и термична стабилност. Обичайните методи за приготвяне включват:
- Химично отлагане на пари (CVD):Осигурява висококачествени покрития с отлична адхезия и равномерност, идеални за големи и сложни основи.
- Физическо отлагане на пари (PVD):Предлага прецизен контрол върху състава на покритието, подходящ за приложения с висока точност.
- Техники на пръскане, електрохимично отлагане и покритие от суспензия: Служат като рентабилни алтернативи за специфични приложения, макар и с различни ограничения в адхезията и еднородността.
Всеки метод се избира въз основа на характеристиките на субстрата и изискванията за приложение.
4. Графитни токоприемници с SiC покритие в MOCVD
Покритите със SiC графитни токоприемници са незаменими при металоорганичното химическо отлагане на пари (MOCVD), ключов процес в производството на полупроводници и оптоелектронни материали.
Тези фиксатори осигуряват здрава опора за растеж на епитаксиален филм, осигурявайки термична стабилност и намалявайки замърсяването с примеси. SiC покритието също подобрява устойчивостта на окисление, свойствата на повърхността и качеството на интерфейса, което позволява прецизен контрол по време на растежа на филма.
5. Напредък към бъдещето
През последните години значителни усилия бяха насочени към подобряване на производствените процеси на графитни субстрати, покрити със SiC. Изследователите се фокусират върху подобряване на чистотата на покритието, еднородността и продължителността на живота, като същевременно намаляват разходите. Освен това, проучването на иновативни материали катопокрития от танталов карбид (TaC).предлага потенциални подобрения в топлопроводимостта и устойчивостта на корозия, проправяйки пътя за решения от следващо поколение.
Тъй като търсенето на графитни токоприемници с покритие от SiC продължава да расте, напредъкът в интелигентното производство и производството в промишлен мащаб допълнително ще подпомогне разработването на висококачествени продукти, за да отговори на развиващите се нужди на полупроводниковата и оптоелектронната индустрия.
Време на публикуване: 24 ноември 2023 г