Vývoj a aplikácie karbidu kremíka (SiC)
1. Storočie inovácií v SiC
Cesta karbidu kremíka (SiC) sa začala v roku 1893, keď Edward Goodrich Acheson navrhol pec Acheson, využívajúcu uhlíkové materiály na dosiahnutie priemyselnej výroby SiC prostredníctvom elektrického ohrevu kremeňa a uhlíka. Tento vynález znamenal začiatok industrializácie SiC a získal Acheson patent.
Začiatkom 20. storočia sa SiC primárne používal ako brúsivo vďaka svojej pozoruhodnej tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu. V polovici 20. storočia pokrok v technológii chemického nanášania pár (CVD) otvoril nové možnosti. Výskumníci z Bell Labs pod vedením Rustuma Roya položili základy pre CVD SiC a dosiahli prvé povlaky SiC na grafitových povrchoch.
V sedemdesiatych rokoch minulého storočia došlo k veľkému prelomu, keď Union Carbide Corporation použila grafit potiahnutý SiC pri epitaxnom raste polovodičových materiálov z nitridu gália (GaN). Tento pokrok zohral kľúčovú úlohu vo vysokovýkonných LED a laseroch na báze GaN. V priebehu desaťročí sa povlaky SiC rozšírili mimo polovodičov aj do aplikácií v letectve, automobilovom priemysle a výkonovej elektronike, a to vďaka zlepšeniam výrobných techník.
V súčasnosti inovácie, ako je tepelné striekanie, PVD a nanotechnológia, ďalej zvyšujú výkonnosť a aplikáciu povlakov SiC a ukazujú svoj potenciál v špičkových oblastiach.
2. Pochopenie kryštálových štruktúr SiC a použitia
SiC sa môže pochváliť viac ako 200 polytypmi, ktoré sú kategorizované podľa ich atómového usporiadania do kubických (3C), hexagonálnych (H) a romboedrických (R) štruktúr. Spomedzi nich sa 4H-SiC a 6H-SiC široko používajú vo vysokovýkonných a optoelektronických zariadeniach, zatiaľ čo β-SiC je cenený pre svoju vynikajúcu tepelnú vodivosť, odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť proti korózii.
β-SiCjedinečné vlastnosti, ako je tepelná vodivosť120-200 W/m·Ka koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý sa presne zhoduje s grafitom, z neho robí preferovaný materiál pre povrchové nátery v zariadeniach na epitaxiu plátkov.
3. SiC povlaky: Vlastnosti a techniky prípravy
Povlaky SiC, typicky β-SiC, sa široko používajú na zlepšenie povrchových vlastností, ako je tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a tepelná stabilita. Bežné spôsoby prípravy zahŕňajú:
- Chemická depozícia z pár (CVD):Poskytuje vysokokvalitné nátery s vynikajúcou priľnavosťou a rovnomernosťou, ideálne pre veľké a zložité podklady.
- Fyzikálne nanášanie pár (PVD):Ponúka presnú kontrolu nad zložením náteru, vhodný pre vysoko presné aplikácie.
- Striekacie techniky, elektrochemické nanášanie a nanášanie suspenziou: Slúžia ako cenovo výhodné alternatívy pre špecifické aplikácie, aj keď s rôznymi obmedzeniami v priľnavosti a jednotnosti.
Každá metóda sa vyberá na základe vlastností podkladu a požiadaviek na aplikáciu.
4. Grafitové susceptory potiahnuté SiC v MOCVD
Grafitové susceptory potiahnuté SiC sú nepostrádateľné pri organickej chemickej depozícii z pár kovov (MOCVD), kľúčovom procese vo výrobe polovodičových a optoelektronických materiálov.
Tieto susceptory poskytujú robustnú podporu pre rast epitaxného filmu, zaisťujú tepelnú stabilitu a znižujú kontamináciu nečistotami. Povlak SiC tiež zvyšuje odolnosť proti oxidácii, vlastnosti povrchu a kvalitu rozhrania, čo umožňuje presnú kontrolu počas rastu filmu.
5. Napredovanie smerom k budúcnosti
V posledných rokoch sa značné úsilie zameralo na zlepšenie výrobných procesov grafitových substrátov potiahnutých SiC. Výskumníci sa zameriavajú na zvýšenie čistoty, jednotnosti a životnosti povlaku pri súčasnom znižovaní nákladov. Okrem toho, prieskum inovatívnych materiálov, ako jepovlaky z karbidu tantalu (TaC).ponúka potenciálne vylepšenia tepelnej vodivosti a odolnosti proti korózii, čím dláždi cestu pre riešenia novej generácie.
Keďže dopyt po grafitových susceptoroch potiahnutých SiC neustále rastie, pokroky v inteligentnej výrobe a výrobe v priemyselnom meradle budú ďalej podporovať vývoj vysokokvalitných produktov, ktoré budú spĺňať vyvíjajúce sa potreby polovodičového a optoelektronického priemyslu.
Čas odoslania: 24. novembra 2023