Utvecklingen och tillämpningarna av kiselkarbid (SiC)
1. Ett århundrade av innovation inom SiC
Resan med kiselkarbid (SiC) började 1893, när Edward Goodrich Acheson designade Acheson-ugnen, med hjälp av kolmaterial för att uppnå industriell produktion av SiC genom elektrisk uppvärmning av kvarts och kol. Denna uppfinning markerade starten på SiC:s industrialisering och gav Acheson patent.
I början av 1900-talet användes SiC främst som ett slipmedel på grund av dess anmärkningsvärda hårdhet och slitstyrka. I mitten av 1900-talet öppnade framsteg inom kemisk ångdeposition (CVD)-teknik nya möjligheter. Forskare vid Bell Labs, under ledning av Rustum Roy, lade grunden för CVD SiC, och uppnådde de första SiC-beläggningarna på grafitytor.
1970-talet såg ett stort genombrott när Union Carbide Corporation applicerade SiC-belagd grafit i den epitaxiella tillväxten av galliumnitrid (GaN) halvledarmaterial. Detta framsteg spelade en avgörande roll för högpresterande GaN-baserade lysdioder och lasrar. Under decennierna har SiC-beläggningar expanderat bortom halvledare till applikationer inom flyg-, bil- och kraftelektronik, tack vare förbättringar i tillverkningstekniker.
Idag förbättrar innovationer som termisk sprutning, PVD och nanoteknik ytterligare prestanda och applicering av SiC-beläggningar, vilket visar upp dess potential inom banbrytande områden.
2. Förstå SiC:s kristallstrukturer och användningsområden
SiC har över 200 polytyper, kategoriserade efter deras atomära arrangemang i kubiska (3C), hexagonala (H) och romboedriska (R) strukturer. Bland dessa används 4H-SiC och 6H-SiC i stor utsträckning i högeffekts- respektive optoelektroniska enheter, medan β-SiC värderas för sin överlägsna värmeledningsförmåga, slitstyrka och korrosionsbeständighet.
β-SiCunika egenskaper, såsom en värmeledningsförmåga av120-200 W/m·Koch en termisk expansionskoefficient som nära matchar grafit, gör det till det föredragna materialet för ytbeläggningar i waferepitaxiutrustning.
3. SiC-beläggningar: egenskaper och beredningstekniker
SiC-beläggningar, typiskt β-SiC, appliceras i stor utsträckning för att förbättra ytegenskaper som hårdhet, slitstyrka och termisk stabilitet. Vanliga beredningsmetoder inkluderar:
- Kemisk ångavsättning (CVD):Ger högkvalitativa beläggningar med utmärkt vidhäftning och enhetlighet, idealisk för stora och komplexa underlag.
- Fysisk ångdeposition (PVD):Ger exakt kontroll över beläggningssammansättningen, lämplig för applikationer med hög precision.
- Sprayteknik, elektrokemisk avsättning och slurrybeläggning: Fungerar som kostnadseffektiva alternativ för specifika applikationer, dock med varierande begränsningar i vidhäftning och enhetlighet.
Varje metod väljs utifrån underlagets egenskaper och applikationskrav.
4. SiC-belagda grafitsusceptorer i MOCVD
SiC-belagda grafitsusceptorer är oumbärliga i Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), en nyckelprocess vid tillverkning av halvledar- och optoelektroniska material.
Dessa susceptorer ger robust stöd för epitaxiell filmtillväxt, vilket säkerställer termisk stabilitet och minskar föroreningar. SiC-beläggningen förbättrar också oxidationsbeständighet, ytegenskaper och gränssnittskvalitet, vilket möjliggör exakt kontroll under filmtillväxt.
5. Gå framåt mot framtiden
Under de senaste åren har betydande ansträngningar gjorts för att förbättra produktionsprocesserna för SiC-belagda grafitsubstrat. Forskare fokuserar på att förbättra beläggningens renhet, enhetlighet och livslängd samtidigt som de minskar kostnaderna. Dessutom utforskning av innovativa material somtantalkarbid (TaC) beläggningarerbjuder potentiella förbättringar av värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet, vilket banar väg för nästa generations lösningar.
När efterfrågan på SiC-belagda grafitsusceptorer fortsätter att växa, kommer framsteg inom intelligent tillverkning och produktion i industriell skala att ytterligare stödja utvecklingen av högkvalitativa produkter för att möta de växande behoven inom halvledar- och optoelektronikindustrin.
Posttid: 2023-nov-24