समाचार - सिलिकन कार्बाइडको संरचना र विकास प्रविधि (Ⅱ)

चौथो, भौतिक भाप स्थानान्तरण विधि

भौतिक बाष्प परिवहन (PVT) विधि लेली द्वारा 1955 मा आविष्कार गरिएको भाप चरण सबलिमेसन टेक्नोलोजीबाट उत्पन्न भएको हो। SiC पाउडरलाई ग्रेफाइट ट्यूबमा राखिन्छ र SiC पाउडरलाई विघटन गर्न र सबलिमेट गर्न उच्च तापक्रममा तताइन्छ, र त्यसपछि ग्रेफाइट ट्यूबलाई चिसो गरिन्छ। SiC पाउडरको विघटन पछि, वाष्प चरण घटकहरू जम्मा हुन्छन् र ग्रेफाइट ट्यूब वरिपरि SiC क्रिस्टलमा क्रिस्टलाइज हुन्छन्। यद्यपि यो विधिले ठूलो साइजको SiC एकल क्रिस्टलहरू प्राप्त गर्न गाह्रो छ, र ग्रेफाइट ट्यूबमा जम्मा गर्ने प्रक्रियालाई नियन्त्रण गर्न गाह्रो छ, यसले पछिका अनुसन्धानकर्ताहरूको लागि विचारहरू प्रदान गर्दछ।
Ym Terairov et al। रूसमा यस आधारमा बीज क्रिस्टलको अवधारणा पेश गर्‍यो, र अनियन्त्रित क्रिस्टल आकार र SiC क्रिस्टलहरूको न्यूक्लिएशन स्थितिको समस्या समाधान गर्‍यो। पछिका शोधकर्ताहरूले सुधार गर्न जारी राखे र अन्ततः आज औद्योगिक प्रयोगमा भौतिक ग्यास चरण यातायात (PVT) विधि विकास गरे।

प्रारम्भिक SiC क्रिस्टल वृद्धि विधिको रूपमा, भौतिक वाष्प स्थानान्तरण विधि SiC क्रिस्टल वृद्धिको लागि सबैभन्दा मुख्यधारा वृद्धि विधि हो। अन्य विधिहरूको तुलनामा, विधिमा वृद्धि उपकरण, सरल वृद्धि प्रक्रिया, बलियो नियन्त्रण योग्यता, पूर्ण विकास र अनुसन्धानको लागि कम आवश्यकताहरू छन्, र औद्योगिक अनुप्रयोग महसुस भएको छ। हालको मुख्यधारा PVT विधिद्वारा उब्जाइएको क्रिस्टलको संरचना चित्रमा देखाइएको छ।

अक्षीय र रेडियल तापमान क्षेत्रहरू ग्रेफाइट क्रूसिबलको बाह्य थर्मल इन्सुलेशन अवस्थाहरू नियन्त्रण गरेर नियन्त्रण गर्न सकिन्छ। SiC पाउडर उच्च तापक्रमको साथ ग्रेफाइट क्रुसिबलको फेदमा राखिएको छ, र SiC बीज क्रिस्टललाई कम तापक्रमको साथ ग्रेफाइट क्रुसिबलको शीर्षमा राखिएको छ। बढ्दो एकल क्रिस्टल र पाउडर बीचको सम्पर्कबाट बच्न पाउडर र बीउ बीचको दूरी सामान्यतया दस मिलिमिटर हुन नियन्त्रण गरिन्छ। तापमान ढाँचा सामान्यतया 15-35 ℃ / सेमी को दायरा मा छ। संवहन बढाउनको लागि भट्टीमा 50-5000 Pa को निष्क्रिय ग्यास राखिन्छ। यसरी, 2000-2500 ℃ सम्म इन्डक्सन तताएर SiC पाउडर तताएपछि, SiC पाउडरले Si, Si2C, SiC2 र अन्य वाष्प घटकहरूमा सड्नेछ, र ग्यास संवहनको साथ बीजको छेउमा सारिनेछ, र SiC क्रिस्टल एकल क्रिस्टल वृद्धि हासिल गर्न बीज क्रिस्टलमा क्रिस्टलाइज गरिएको छ। यसको सामान्य वृद्धि दर ०.१-२ मिमी/घन्टा हो।

PVT प्रक्रियाले वृद्धि तापमान, तापमान ढाँचा, वृद्धि सतह, सामग्री सतह स्पेसिङ र वृद्धि दबाबको नियन्त्रणमा केन्द्रित छ, यसको फाइदा यो हो कि यसको प्रक्रिया अपेक्षाकृत परिपक्व छ, कच्चा माल उत्पादन गर्न सजिलो छ, लागत कम छ, तर विकास प्रक्रिया। PVT विधि अवलोकन गर्न गाह्रो छ, 0.2-0.4mm/h को क्रिस्टल वृद्धि दर, यो ठूलो मोटाई (>50mm) संग क्रिस्टल बढ्न गाह्रो छ। दशकौंको निरन्तर प्रयास पछि, PVT विधिद्वारा उब्जाइएको SiC सब्सट्रेट वेफरहरूको हालको बजार धेरै ठूलो भएको छ, र SiC सब्सट्रेट वेफर्सको वार्षिक उत्पादन सयौं हजारौं वेफरहरूमा पुग्न सक्छ, र यसको आकार बिस्तारै 4 इन्चबाट 6 इन्चमा परिवर्तन हुँदैछ। , र SiC सब्सट्रेट नमूनाहरूको 8 इन्च विकास गरेको छ।

पाँचौं,उच्च तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप विधि

उच्च तापक्रम रासायनिक भाप निक्षेप (HTCVD) रासायनिक भाप निक्षेप (CVD) मा आधारित एक सुधारिएको विधि हो। यो विधि पहिलो पटक 1995 मा Kordina et al., Linkoping विश्वविद्यालय, स्वीडेन द्वारा प्रस्ताव गरिएको थियो।
वृद्धि संरचना रेखाचित्र चित्रमा देखाइएको छ:

पाँचौं,उच्च तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप विधि

जब SiC क्रिस्टल तरल चरण विधिद्वारा बढाइन्छ, सहायक समाधान भित्रको तापमान र संवहन वितरण चित्रमा देखाइएको छ:

यो देख्न सकिन्छ कि सहायक समाधानमा क्रूसिबल पर्खाल नजिकको तापमान उच्च छ, जबकि बीउ क्रिस्टलमा तापमान कम छ। वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा, ग्रेफाइट क्रुसिबलले क्रिस्टल वृद्धिको लागि सी स्रोत प्रदान गर्दछ। क्रुसिबल भित्तामा तापक्रम उच्च भएको कारण, C को घुलनशीलता ठूलो छ, र विघटन दर छिटो छ, C को एक संतृप्त समाधान बनाउनको लागि C को ठूलो मात्रा C को क्रुसिबल भित्तामा भंग गरिनेछ। यी समाधानहरू ठूलो मात्रामा छन्। C को घुलनशील को सहायक समाधान भित्र संवहन द्वारा बीज क्रिस्टल को तल्लो भाग मा ढुवानी गरिनेछ। सीड क्रिस्टल एन्डको कम तापक्रमको कारण, सम्बन्धित C को घुलनशीलता समान रूपमा घट्छ, र मूल C-संतृप्त समाधान यस अवस्था अन्तर्गत कम तापक्रमको अन्त्यमा स्थानान्तरण भएपछि C को सुपरस्याचुरेटेड समाधान हुन्छ। Suprataturated C घोलमा सहायक घोलमा Si सँग मिलाएर सीड क्रिस्टलमा SiC क्रिस्टल एपिटेक्सियल बढ्न सक्छ। जब C को सुपरफोरेटेड भाग बाहिर निस्कन्छ, समाधान संवहनको साथ क्रूसिबल पर्खालको उच्च-तापमानको छेउमा फर्कन्छ, र एक संतृप्त समाधान बनाउन C लाई फेरि विघटन गर्दछ।

सम्पूर्ण प्रक्रिया दोहोर्याउँछ, र SiC क्रिस्टल बढ्छ। तरल चरण वृद्धिको प्रक्रियामा, घोलमा C को विघटन र वर्षा विकास प्रगतिको एक धेरै महत्त्वपूर्ण सूचकांक हो। स्थिर क्रिस्टल बृद्धि सुनिश्चित गर्न, क्रुसिबल पर्खालमा C को विघटन र बीउको अन्तमा वर्षाको बीचमा सन्तुलन कायम गर्न आवश्यक छ। यदि C को विघटन C को वर्षा भन्दा ठूलो छ भने, त्यसपछि क्रिस्टलमा C बिस्तारै समृद्ध हुन्छ, र SiC को सहज न्यूक्लिएशन हुनेछ। यदि C को विघटन C को वर्षा भन्दा कम छ भने, घुलनशील को कमी को कारण क्रिस्टल वृद्धि गर्न गाह्रो हुनेछ।
एकै समयमा, संवहन द्वारा C को ढुवानीले पनि वृद्धिको समयमा C को आपूर्तिलाई असर गर्छ। राम्रो पर्याप्त क्रिस्टल गुणस्तर र पर्याप्त मोटाईको साथ SiC क्रिस्टलहरू बढ्नको लागि, माथिका तीन तत्वहरूको सन्तुलन सुनिश्चित गर्न आवश्यक छ, जसले SiC तरल चरण वृद्धिको कठिनाईलाई धेरै बढाउँछ। यद्यपि, क्रमिक सुधार र सम्बन्धित सिद्धान्तहरू र प्रविधिहरूको सुधारको साथ, SiC क्रिस्टलको तरल चरण वृद्धिको फाइदाहरू बिस्तारै देखिनेछन्।
हाल, जापानमा 2-इन्च SiC क्रिस्टलको तरल चरण वृद्धि हासिल गर्न सकिन्छ, र 4-इन्च क्रिस्टलको तरल चरण वृद्धि पनि विकास भइरहेको छ। हाल सम्बन्धित आन्तरिक अनुसन्धानले राम्रो नतिजा नआएकोले सम्बन्धित अनुसन्धान कार्यलाई निरन्तरता दिन आवश्यक छ ।

सातौं, SiC क्रिस्टलको भौतिक र रासायनिक गुणहरू

(१) मेकानिकल गुणहरू: SiC क्रिस्टलहरूमा अत्यधिक उच्च कठोरता र राम्रो पहिरन प्रतिरोध छ। यसको Mohs कठोरता 9.2 र 9.3 को बीचमा छ, र यसको Krit कठोरता 2900 र 3100Kg/mm2 को बीचमा छ, जुन पत्ता लगाइएको सामग्रीहरू मध्ये हीरा क्रिस्टल पछि दोस्रो हो। SiC को उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरूको कारण, पाउडर SiC प्राय: लाखौं टन सम्मको वार्षिक मागको साथ काट्ने वा पीसने उद्योगमा प्रयोग गरिन्छ। केही वर्कपीसहरूमा पहिरन-प्रतिरोधी कोटिंगले SiC कोटिंग पनि प्रयोग गर्नेछ, उदाहरणका लागि, केही युद्धपोतहरूमा पहिरन-प्रतिरोधी कोटिंग SiC कोटिंगबाट बनेको हुन्छ।

(२) थर्मल गुणहरू: SiC को थर्मल चालकता 3-5 W/cm·K पुग्न सक्छ, जुन परम्परागत अर्धचालक Si को 3 गुणा र GaAs को 8 गुणा हो। SiC द्वारा तयार गरिएको यन्त्रको तातो उत्पादन चाँडै सञ्चालन गर्न सकिन्छ, त्यसैले SiC यन्त्रको तातो अपव्यय अवस्थाहरूको आवश्यकताहरू अपेक्षाकृत ढीला छन्, र यो उच्च-शक्ति उपकरणहरूको तयारीको लागि अधिक उपयुक्त छ। SiC सँग स्थिर थर्मोडायनामिक गुणहरू छन्। सामान्य दबाव अवस्थाहरूमा, SiC सीधै उच्चमा Si र C युक्त वाष्पमा विघटित हुनेछ.

(3) रासायनिक गुणहरू: SiC को स्थिर रासायनिक गुणहरू छन्, राम्रो जंग प्रतिरोध, र कोठाको तापक्रममा कुनै पनि ज्ञात एसिडसँग प्रतिक्रिया गर्दैन। लामो समयसम्म हावामा राखिएको SiC ले बिस्तारै घने SiO2 को पातलो तह बनाउँछ, थप अक्सीकरण प्रतिक्रियाहरूलाई रोक्छ। जब तापमान 1700 ℃ भन्दा बढि हुन्छ, SiO2 पातलो तह पग्लन्छ र छिट्टै अक्सिडाइज हुन्छ। SiC ले पग्लिएको अक्सिडेन्ट वा आधारहरूसँग ढिलो अक्सिडेशन प्रतिक्रियाबाट गुज्रन सक्छ, र SiC वेफरहरू सामान्यतया पग्लिएको KOH र Na2O2 मा SiC क्रिस्टलहरूमा विस्थापनलाई चित्रण गर्नका लागि क्षरण गरिन्छ।.

(4) विद्युतीय गुणहरू: SiC फराकिलो ब्यान्डग्याप अर्धचालकहरूको प्रतिनिधि सामग्रीको रूपमा, 6H-SiC र 4H-SiC ब्यान्डग्याप चौडाइ क्रमशः 3.0 eV र 3.2 eV छन्, जुन Si को 3 गुणा र GaAs को 2 गुणा हो। SiC बाट बनेको सेमी-कन्डक्टर यन्त्रहरूमा सानो चुहावट वर्तमान र ठूलो ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फिल्ड हुन्छ, त्यसैले SiC उच्च-शक्ति उपकरणहरूको लागि एक आदर्श सामग्री मानिन्छ। SiC को संतृप्त इलेक्ट्रोन गतिशीलता पनि Si को तुलनामा २ गुणा बढी छ, र उच्च-फ्रिक्वेन्सी उपकरणहरूको तयारीमा पनि यसको स्पष्ट फाइदाहरू छन्। P-प्रकार SiC क्रिस्टल वा N-प्रकार SiC क्रिस्टलहरू क्रिस्टलमा अशुद्धता परमाणुहरू डोप गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ। हाल, P-प्रकार SiC क्रिस्टलहरू मुख्यतया Al, B, Be, O, Ga, Sc र अन्य परमाणुहरूद्वारा डोप गरिएका छन्, र N-प्रकार sic क्रिस्टलहरू मुख्य रूपमा N परमाणुहरूद्वारा डोप गरिएका छन्। डोपिङ एकाग्रता र प्रकारको भिन्नताले SiC को भौतिक र रासायनिक गुणहरूमा ठूलो प्रभाव पार्नेछ। एकै समयमा, नि: शुल्क क्यारियरलाई गहिरो स्तरको डोपिङ जस्तै V द्वारा कील गर्न सकिन्छ, प्रतिरोधात्मकता बढाउन सकिन्छ, र अर्ध-इन्सुलेट SiC क्रिस्टल प्राप्त गर्न सकिन्छ।

(5) अप्टिकल गुणहरू: तुलनात्मक रूपमा फराकिलो ब्यान्ड ग्यापको कारण, नडप गरिएको SiC क्रिस्टल रंगहीन र पारदर्शी छ। डोप गरिएको SiC क्रिस्टलहरूले तिनीहरूको फरक गुणहरूको कारणले विभिन्न रंगहरू देखाउँछन्, उदाहरणका लागि, 6H-SiC डोपिङ N पछि हरियो हुन्छ; 4H-SiC खैरो छ। 15R-SiC पहेंलो छ। Al सँग डोप गरिएको, 4H-SiC नीलो देखिन्छ। रङको भिन्नतालाई हेरेर SiC क्रिस्टल प्रकार छुट्याउन यो एउटा सहज तरिका हो। विगत २० वर्षमा SiC सम्बन्धित क्षेत्रहरूमा निरन्तर अनुसन्धानको साथ, सम्बन्धित प्रविधिहरूमा ठूलो सफलताहरू बनाइएका छन्।

आठौं,SiC विकास स्थिति को परिचय

हाल, SiC उद्योग बढ्दो रूपमा सिद्ध भएको छ, सब्सट्रेट वेफर्स, एपिटेक्सियल वेफर्सदेखि उपकरण उत्पादन, प्याकेजिङ, सम्पूर्ण औद्योगिक चेन परिपक्व भएको छ, र यसले बजारमा SiC सम्बन्धित उत्पादनहरू आपूर्ति गर्न सक्छ।

क्री SiC क्रिस्टल ग्रोथ उद्योगमा SiC सब्सट्रेट वेफर्सको साइज र गुणस्तर दुवैमा अग्रणी स्थितिको साथ एक नेता हो। क्रीले हाल प्रति वर्ष 300,000 SiC सब्सट्रेट चिपहरू उत्पादन गर्दछ, विश्वव्यापी ढुवानीको 80% भन्दा बढीको लागि लेखांकन।

सेप्टेम्बर 2019 मा, क्रीले घोषणा गर्‍यो कि यसले न्यूयोर्क राज्य, संयुक्त राज्य अमेरिकामा एउटा नयाँ सुविधा निर्माण गर्ने छ, जसले 200 मिमी व्यासको पावर र RF SiC सब्सट्रेट वेफर्सहरू बढाउनको लागि सबैभन्दा उन्नत प्रविधि प्रयोग गर्नेछ, यसले सङ्केत गर्दछ कि यसको 200 मिमी SiC सब्सट्रेट सामग्री तयार गर्ने प्रविधि छ। अधिक परिपक्व बन्नुहोस्।

हाल, बजारमा SiC सब्सट्रेट चिप्सको मुख्यधारा उत्पादनहरू मुख्यतया 4H-SiC र 6H-SiC प्रवाहकीय र 2-6 इन्चको अर्ध-इन्सुलेटेड प्रकारका छन्।
अक्टोबर 2015 मा, N-प्रकार र LED को लागि 200 mm SiC सब्सट्रेट वेफर्सहरू लन्च गर्ने क्री पहिलो व्यक्ति थियो, जसले बजारमा 8-इन्च SiC सब्सट्रेट वेफर्सको सुरुवात गरेको थियो।
2016 मा, रोमले Venturi टोलीलाई प्रायोजन गर्न थाल्यो र परम्परागत 200 kW इन्भर्टरमा IGBT + Si FRD समाधान प्रतिस्थापन गर्न कारमा IGBT + SiC SBD संयोजन प्रयोग गर्ने पहिलो व्यक्ति थियो। सुधारपछि सोही पावर कायम राख्दै इन्भर्टरको तौल २ किलो र साइज १९ प्रतिशतले घटाइएको छ ।

2017 मा, SiC MOS + SiC SBD को थप अपनाए पछि, वजन मात्र 6 किलोले घटाइएको छैन, आकार 43% ले घटाइएको छ, र इन्भर्टर पावर पनि 200 kW बाट 220 kW मा बढेको छ।
टेस्लाले 2018 मा आफ्नो मोडेल 3 उत्पादनहरूको मुख्य ड्राइभ इन्भर्टरहरूमा SIC-आधारित यन्त्रहरू अपनाएपछि, प्रदर्शन प्रभाव द्रुत रूपमा विस्तार गरिएको थियो, xEV अटोमोटिभ बजारलाई चाँडै SiC बजारको लागि उत्साहको स्रोत बनाइयो। SiC को सफल प्रयोगको साथ, यसको सम्बन्धित बजार उत्पादन मूल्य पनि द्रुत रूपमा बढेको छ।

नवौं,निष्कर्ष:

SiC सम्बन्धित उद्योग प्रविधिहरूको निरन्तर सुधार संग, यसको उपज र विश्वसनीयता थप सुधार हुनेछ, SiC उपकरणहरूको मूल्य पनि कम हुनेछ, र SiC को बजार प्रतिस्पर्धा अधिक स्पष्ट हुनेछ। भविष्यमा, SiC उपकरणहरू अटोमोबाइल, सञ्चार, पावर ग्रिड, र यातायात जस्ता विभिन्न क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुनेछन्, र उत्पादन बजार फराकिलो हुनेछ, र बजार आकार थप विस्तार हुनेछ, राष्ट्रिय को लागी एक महत्वपूर्ण समर्थन बन्नेछ। अर्थव्यवस्था।

पोस्ट समय: जनवरी-25-2024