Разработка и применение карбида кремния (SiC)
1. Век инноваций в SiC
Путь карбида кремния (SiC) начался в 1893 году, когда Эдвард Гудрич Ачесон спроектировал печь Ачесона, используя углеродные материалы для промышленного производства SiC путем электрического нагрева кварца и углерода. Это изобретение ознаменовало начало индустриализации SiC и принесло Ачесону патент.
В начале 20 века карбид кремния в основном использовался в качестве абразива из-за его замечательной твердости и износостойкости. К середине 20-го века достижения в технологии химического осаждения из паровой фазы (CVD) открыли новые возможности. Исследователи из Bell Labs под руководством Рустума Роя заложили основу для CVD SiC, создав первые покрытия SiC на графитовых поверхностях.
В 1970-е годы произошел крупный прорыв, когда Union Carbide Corporation применила графит с покрытием SiC для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов на основе нитрида галлия (GaN). Это достижение сыграло решающую роль в создании высокопроизводительных светодиодов и лазеров на основе GaN. За прошедшие десятилетия покрытия SiC распространились за пределы полупроводников и стали применяться в аэрокосмической, автомобильной и силовой электронике благодаря усовершенствованию технологий производства.
Сегодня такие инновации, как термическое напыление, PVD и нанотехнологии, еще больше улучшают характеристики и возможности применения покрытий SiC, демонстрируя их потенциал в передовых областях.
2. Понимание кристаллических структур и использования SiC.
SiC может похвастаться более чем 200 политипами, которые по расположению атомов подразделяются на кубическую (3C), гексагональную (H) и ромбоэдрическую (R) структуры. Среди них 4H-SiC и 6H-SiC широко используются в мощных и оптоэлектронных устройствах соответственно, тогда как β-SiC ценится за превосходную теплопроводность, износостойкость и коррозионную стойкость.
β-SiCуникальные свойства, такие как теплопроводность120-200 Вт/м·Ки коэффициент теплового расширения, близкий к графиту, делают его предпочтительным материалом для поверхностных покрытий в оборудовании для эпитаксии пластин.
3. Покрытия SiC: свойства и методы приготовления.
Покрытия SiC, обычно β-SiC, широко применяются для улучшения свойств поверхности, таких как твердость, износостойкость и термическая стабильность. К распространенным методам приготовления относятся:
- Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):Обеспечивает высококачественные покрытия с отличной адгезией и однородностью, идеальные для больших и сложных оснований.
- Физическое осаждение из паровой фазы (PVD):Обеспечивает точный контроль над составом покрытия, подходит для высокоточного применения.
- Методы распыления, электрохимическое осаждение и нанесение суспензионного покрытия: Служат экономичной альтернативой для конкретных применений, хотя и с различными ограничениями по адгезии и однородности.
Каждый метод выбирается в зависимости от характеристик подложки и требований применения.
4. Графитовые сенсепторы с покрытием SiC в MOCVD
Графитовые токоприемники с SiC-покрытием незаменимы при химическом осаждении металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD), ключевом процессе в производстве полупроводниковых и оптоэлектронных материалов.
Эти токоприемники обеспечивают надежную поддержку роста эпитаксиальной пленки, обеспечивая термическую стабильность и уменьшая загрязнение примесями. Покрытие SiC также повышает стойкость к окислению, свойства поверхности и качество интерфейса, обеспечивая точный контроль во время роста пленки.
5. Движение в будущее
В последние годы значительные усилия были направлены на совершенствование процессов производства графитовых подложек с покрытием SiC. Исследователи сосредоточены на повышении чистоты, однородности и срока службы покрытия при одновременном снижении затрат. Кроме того, исследование инновационных материалов, таких какПокрытия из карбида тантала (TaC)предлагает потенциальные улучшения теплопроводности и коррозионной стойкости, открывая путь к решениям следующего поколения.
Поскольку спрос на графитовые токоприемники с покрытием SiC продолжает расти, достижения в области интеллектуального производства и промышленного производства будут способствовать дальнейшему развитию высококачественной продукции для удовлетворения растущих потребностей полупроводниковой и оптоэлектронной промышленности.
Время публикации: 24 ноября 2023 г.