Розробка та застосування карбіду кремнію (SiC)
1. Століття інновацій у SiC
Подорож карбіду кремнію (SiC) почалася в 1893 році, коли Едвард Гудріч Ачесон розробив піч Acheson, використовуючи вуглецеві матеріали для досягнення промислового виробництва SiC шляхом електричного нагрівання кварцу та вуглецю. Цей винахід ознаменував початок індустріалізації SiC і приніс Ачесону патент.
На початку 20 століття SiC в основному використовувався як абразив завдяки його чудовій твердості та зносостійкості. До середини 20-го століття прогрес у технології хімічного осадження з парової фази (CVD) відкрив нові можливості. Дослідники з Bell Labs під керівництвом Рустума Роя заклали основу для CVD SiC, створивши перші покриття SiC на графітових поверхнях.
У 1970-х роках стався великий прорив, коли Union Carbide Corporation застосувала графіт, покритий SiC, для епітаксійного вирощування напівпровідникових матеріалів з нітриду галію (GaN). Цей прогрес відіграв ключову роль у високоефективних світлодіодах і лазерах на основі GaN. Протягом десятиліть покриття SiC вийшли за рамки напівпровідників і почали застосовуватися в аерокосмічній, автомобільній та силовій електроніці завдяки вдосконаленню технологій виробництва.
Сьогодні такі інновації, як термічне напилення, PVD та нанотехнології, ще більше підвищують ефективність і застосування покриттів SiC, демонструючи їхній потенціал у передових галузях.
2. Розуміння кристалічних структур і використання SiC
SiC може похвалитися понад 200 політипами, класифікованими за їх розташуванням атомів на кубічні (3C), гексагональні (H) і ромбоедричні (R) структури. Серед них 4H-SiC і 6H-SiC широко використовуються у потужних і оптоелектронних пристроях відповідно, тоді як β-SiC цінується за його чудову теплопровідність, зносостійкість і стійкість до корозії.
β-SiCунікальні властивості, такі як теплопровідність120-200 Вт/м·Кі коефіцієнт теплового розширення, близький до графіту, роблять його кращим матеріалом для поверхневих покриттів обладнання для епітаксії пластин.
3. SiC покриття: властивості та методи одержання
Покриття SiC, як правило, β-SiC, широко застосовуються для покращення властивостей поверхні, таких як твердість, зносостійкість і термічна стабільність. Загальні способи приготування включають:
- Хімічне осадження з парової фази (CVD):Забезпечує високоякісні покриття з чудовою адгезією та однорідністю, ідеально підходить для великих і складних основ.
- Фізичне осадження з парової фази (PVD):Забезпечує точний контроль складу покриття, підходить для високоточних застосувань.
- Техніка розпилення, електрохімічне осадження та покриття суспензією: Служать як економічно ефективні альтернативи для конкретних застосувань, хоча з різними обмеженнями щодо адгезії та однорідності.
Кожен метод вибирається на основі характеристик основи та вимог до застосування.
4. Графітові фіксатори з SiC-покриттям у MOCVD
Графітові електроприймачі з SiC-покриттям є незамінними при хімічному осадженні з парової фази органічних металів (MOCVD), ключовому процесі у виробництві напівпровідників і оптоелектронних матеріалів.
Ці фіксатори забезпечують надійну підтримку росту епітаксійної плівки, забезпечуючи термічну стабільність і зменшуючи забруднення домішками. Покриття SiC також покращує стійкість до окислення, властивості поверхні та якість інтерфейсу, забезпечуючи точний контроль під час росту плівки.
5. Просування до майбутнього
В останні роки значні зусилля були спрямовані на вдосконалення процесів виробництва графітових підкладок із покриттям SiC. Дослідники зосереджуються на підвищенні чистоти, однорідності та довговічності покриття, одночасно зменшуючи витрати. Крім того, дослідження інноваційних матеріалів, таких якпокриття з карбіду танталу (TaC).пропонує потенційні покращення теплопровідності та стійкості до корозії, прокладаючи шлях до рішень наступного покоління.
Оскільки попит на графітові чутливі елементи з SiC-покриттям продовжує зростати, прогрес у інтелектуальному виробництві та виробництві в промислових масштабах сприятиме розробці високоякісних продуктів для задоволення мінливих потреб напівпровідникової та оптоелектронної промисловості.
Час публікації: 24 листопада 2023 р