Razvoj i primjena silicijum karbida (SiC)
1. Stoljeće inovacija u SiC-u
Putovanje silicijum karbida (SiC) počelo je 1893. godine, kada je Edward Goodrich Acheson dizajnirao peć Acheson, koristeći ugljične materijale za industrijsku proizvodnju SiC kroz električno zagrijavanje kvarca i ugljika. Ovaj izum označio je početak industrijalizacije SiC-a i zaradio je Achesonu patent.
Početkom 20. veka, SiC se prvenstveno koristio kao abraziv zbog svoje izuzetne tvrdoće i otpornosti na habanje. Do sredine 20. vijeka, napredak u tehnologiji hemijskog taloženja pare (CVD) otvorio je nove mogućnosti. Istraživači u Bell Labs-u, predvođeni Rustumom Royem, postavili su temelje za CVD SiC, postižući prve SiC premaze na grafitnim površinama.
Sedamdesetih godina prošlog veka došlo je do velikog proboja kada je Union Carbide Corporation primenila grafit obložen SiC u epitaksijalnom rastu poluprovodničkih materijala galijum nitrida (GaN). Ovaj napredak je odigrao ključnu ulogu u LED diodama i laserima na bazi GaN visokih performansi. Tokom decenija, SiC premazi su se proširili izvan poluprovodnika na aplikacije u vazduhoplovstvu, automobilskoj industriji i energetskoj elektronici, zahvaljujući poboljšanju proizvodnih tehnika.
Danas, inovacije poput termičkog raspršivanja, PVD-a i nanotehnologije dodatno poboljšavaju performanse i primjenu SiC premaza, pokazujući njegov potencijal u najsavremenijim oblastima.
2. Razumijevanje SiC-ovih kristalnih struktura i upotrebe
SiC se može pohvaliti sa preko 200 politipova, kategoriziranih prema atomskom rasporedu u kubične (3C), heksagonalne (H) i romboedarske (R) strukture. Među njima, 4H-SiC i 6H-SiC se široko koriste u uređajima velike snage i optoelektronskim uređajima, dok je β-SiC cijenjen zbog svoje superiorne toplinske provodljivosti, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju.
β-SiCjedinstvena svojstva, kao što je toplotna provodljivost120-200 W/m·Ki koeficijent termičke ekspanzije koji blisko odgovara grafitu, čine ga poželjnim materijalom za površinske premaze u opremi za epitaksiju pločica.
3. SiC premazi: svojstva i tehnike pripreme
SiC premazi, obično β-SiC, široko se primjenjuju kako bi poboljšali svojstva površine kao što su tvrdoća, otpornost na habanje i termička stabilnost. Uobičajene metode pripreme uključuju:
- Hemijsko taloženje pare (CVD):Pruža visokokvalitetne premaze sa odličnim prianjanjem i ujednačenošću, idealne za velike i složene podloge.
- Fizičko taloženje pare (PVD):Nudi preciznu kontrolu nad sastavom premaza, pogodan za primjenu visoke preciznosti.
- Tehnike prskanja, elektrohemijsko taloženje i premazivanje kašom: Služi kao isplativa alternativa za specifične primjene, iako s različitim ograničenjima u pogledu prianjanja i uniformnosti.
Svaka metoda se bira na osnovu karakteristika podloge i zahtjeva primjene.
4. Grafitni susceptori obloženi SiC u MOCVD
Grafitni prijemnici presvučeni SiC-om su neophodni u metalnom organskom hemijskom taloženju pare (MOCVD), ključnom procesu u proizvodnji poluprovodnika i optoelektronskih materijala.
Ovi prijemnici pružaju robusnu podršku za rast epitaksijalnog filma, osiguravajući termičku stabilnost i smanjujući kontaminaciju nečistoćama. SiC premaz takođe poboljšava otpornost na oksidaciju, svojstva površine i kvalitet interfejsa, omogućavajući preciznu kontrolu tokom rasta filma.
5. Napredovanje ka budućnosti
Posljednjih godina značajni napori usmjereni su na poboljšanje procesa proizvodnje grafitnih podloga obloženih SiC. Istraživači se fokusiraju na povećanje čistoće, uniformnosti i životnog vijeka premaza uz smanjenje troškova. Osim toga, istraživanje inovativnih materijala kao što suprevlake od tantal karbida (TaC).nudi potencijalna poboljšanja toplotne provodljivosti i otpornosti na koroziju, otvarajući put rješenjima sljedeće generacije.
Kako potražnja za grafitnim susceptorima obloženim SiC nastavlja da raste, napredak u inteligentnoj proizvodnji i industrijskoj proizvodnji dodatno će podržati razvoj visokokvalitetnih proizvoda koji će zadovoljiti rastuće potrebe industrije poluvodiča i optoelektronike.
Vrijeme objave: 24.11.2023