kaping papat, Metode transfer uap fisik
Cara transportasi uap fisik (PVT) asalé saka teknologi sublimasi fase uap sing diciptakaké déning Lely ing taun 1955. Wêdakakêna SiC dilebokake ing tabung grafit lan dipanasake nganti temperatur dhuwur kanggo ngurai lan ngsublimasi bubuk SiC, banjur tabung grafit didinginkan.Sawise dekomposisi bubuk SiC, komponen fase uap didepositokake lan dikristalisasi dadi kristal SiC ing saubengé tabung grafit.Senajan cara iki angel diwenehi ukuran gedhe SiC kristal siji, lan proses deposisi ing tabung grafit angel kanggo kontrol, menehi gagasan kanggo peneliti sakteruse.
Ym Terairov et al.ing Rusia ngenalake konsep kristal wiji ing basis iki, lan ngrampungake masalah wangun kristal sing ora bisa dikendhaleni lan posisi nukleasi kristal SiC.Peneliti sabanjure terus nambah lan pungkasane ngembangake metode transportasi fase gas fisik (PVT) ing panggunaan industri saiki.
Minangka metode wutah kristal SiC paling wiwitan, metode transfer uap fisik minangka cara pertumbuhan paling utama kanggo pertumbuhan kristal SiC.Dibandhingake karo cara liyane, cara iki nduweni syarat kurang kanggo peralatan wutah, proses wutah prasaja, kontrol kuwat, pembangunan pepek lan riset, lan wis temen maujud aplikasi industri.Struktur kristal sing ditanam kanthi metode PVT arus utama ditampilake ing gambar kasebut.
Bidang suhu aksial lan radial bisa dikontrol kanthi ngontrol kondisi insulasi termal eksternal saka crucible grafit.Wêdakakêna SiC dilebokake ing ngisor crucible grafit kanthi suhu sing luwih dhuwur, lan kristal wiji SiC dipasang ing ndhuwur crucible grafit kanthi suhu sing luwih murah.Jarak antarane wêdakakêna lan wiji umume dikontrol dadi puluhan milimeter supaya ora kena kontak antarane kristal tunggal sing tuwuh lan bubuk.Gradien suhu biasane ana ing kisaran 15-35 ℃ / cm.Gas inert 50-5000 Pa disimpen ing tungku kanggo nambah konveksi.Kanthi cara iki, sawise bubuk SiC digawe panas nganti 2000-2500 ℃ kanthi pemanasan induksi, bubuk SiC bakal sublimate lan decompose menyang Si, Si2C, SiC2 lan komponen uap liyane, lan diangkut menyang mburi wiji karo konveksi gas, lan Kristal SiC dikristal ing kristal wiji kanggo entuk wutah kristal tunggal.Tingkat wutah sing khas yaiku 0.1-2mm / jam.
Proses PVT fokus ing kontrol suhu wutah, gradien suhu, lumahing wutah, spasi lumahing materi lan meksa wutah, kauntungan iku proses punika relatif diwasa, bahan mentahan gampang kanggo gawé, biaya kurang, nanging proses wutah saka Cara PVT angel diamati, tingkat pertumbuhan kristal 0.2-0.4mm / jam, angel tuwuh kristal kanthi kekandelan gedhe (> 50mm).Sawise pirang-pirang dekade upaya terus-terusan, pasar saiki kanggo wafer substrat SiC sing ditanam kanthi metode PVT wis gedhe banget, lan output taunan wafer substrat SiC bisa tekan atusan ewu wafer, lan ukurane mboko sithik ganti saka 4 inci nganti 6 inci. , lan wis ngembangake 8 inci sampel substrat SiC.
kaping lima,Metode deposisi uap kimia suhu dhuwur
High Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD) minangka cara sing luwih apik adhedhasar Chemical Vapor Deposition (CVD).Cara iki pisanan diusulake ing taun 1995 dening Kordina et al., Universitas Linkoping, Swedia.
Diagram struktur pertumbuhan ditampilake ing gambar:
Bidang suhu aksial lan radial bisa dikontrol kanthi ngontrol kondisi insulasi termal eksternal saka crucible grafit.Wêdakakêna SiC dilebokake ing ngisor crucible grafit kanthi suhu sing luwih dhuwur, lan kristal wiji SiC dipasang ing ndhuwur crucible grafit kanthi suhu sing luwih murah.Jarak antarane wêdakakêna lan wiji umume dikontrol dadi puluhan milimeter supaya ora kena kontak antarane kristal tunggal sing tuwuh lan bubuk.Gradien suhu biasane ana ing kisaran 15-35 ℃ / cm.Gas inert 50-5000 Pa disimpen ing tungku kanggo nambah konveksi.Kanthi cara iki, sawise bubuk SiC digawe panas nganti 2000-2500 ℃ kanthi pemanasan induksi, bubuk SiC bakal sublimate lan decompose menyang Si, Si2C, SiC2 lan komponen uap liyane, lan diangkut menyang mburi wiji karo konveksi gas, lan Kristal SiC dikristal ing kristal wiji kanggo entuk wutah kristal tunggal.Tingkat wutah sing khas yaiku 0.1-2mm / jam.
Proses PVT fokus ing kontrol suhu wutah, gradien suhu, lumahing wutah, spasi lumahing materi lan meksa wutah, kauntungan iku proses punika relatif diwasa, bahan mentahan gampang kanggo gawé, biaya kurang, nanging proses wutah saka Cara PVT angel diamati, tingkat pertumbuhan kristal 0.2-0.4mm / jam, angel tuwuh kristal kanthi kekandelan gedhe (> 50mm).Sawise pirang-pirang dekade upaya terus-terusan, pasar saiki kanggo wafer substrat SiC sing ditanam kanthi metode PVT wis gedhe banget, lan output taunan wafer substrat SiC bisa tekan atusan ewu wafer, lan ukurane mboko sithik ganti saka 4 inci nganti 6 inci. , lan wis ngembangake 8 inci sampel substrat SiC.
kaping lima,Metode deposisi uap kimia suhu dhuwur
High Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD) minangka cara sing luwih apik adhedhasar Chemical Vapor Deposition (CVD).Cara iki pisanan diusulake ing taun 1995 dening Kordina et al., Universitas Linkoping, Swedia.
Diagram struktur pertumbuhan ditampilake ing gambar:
Nalika kristal SiC ditanam kanthi metode fase cair, distribusi suhu lan konveksi ing njero solusi tambahan ditampilake ing gambar:
Bisa dideleng yen suhu cedhak tembok crucible ing solusi tambahan luwih dhuwur, dene suhu ing kristal wiji luwih murah.Sajrone proses wutah, crucible grafit nyedhiyakake sumber C kanggo pertumbuhan kristal.Amarga suhu ing tembok crucible dhuwur, kelarutan C gedhe, lan tingkat disolusi cepet, jumlah gedhe saka C bakal dipun bibaraken ing tembok crucible kanggo mbentuk solusi jenuh saka C. Solusi iki karo jumlah gedhe. saka C sing larut bakal diangkut menyang bagian ngisor kristal wiji kanthi konveksi ing larutan tambahan.Amarga suhu sing kurang saka ujung kristal wiji, kelarutan saka C sing cocog mudhun, lan solusi C-jenuh asli dadi solusi supersaturated saka C sawise ditransfer menyang mburi suhu sing kurang ing kondisi iki.Suprataturated C ing solusi digabungake karo Si ing solusi tambahan bisa tuwuh SiC kristal epitaxial ing kristal wiji.Nalika bagean superforated saka C precipitates metu, solusi bali menyang mburi suhu dhuwur saka tembok crucible karo konveksi, lan dissolves C maneh kanggo mbentuk solusi kebak.
Kabeh proses mbaleni, lan kristal SiC tuwuh.Ing proses pertumbuhan fase cair, pembubaran lan udan C ing larutan minangka indeks sing penting banget kanggo kemajuan pertumbuhan.Kanggo mesthekake wutah kristal stabil, perlu kanggo njaga imbangan antarane pembubaran C ing tembok crucible lan udan ing mburi wiji.Yen pembubaran C luwih gedhe tinimbang udan C, mula C ing kristal kasebut mboko sithik, lan nukleasi spontan SiC bakal kedadeyan.Yen pembubaran C kurang saka udan C, wutah kristal bakal angel kanggo nindakake amarga lack of solute.
Ing wektu sing padha, transportasi C kanthi konveksi uga mengaruhi pasokan C sajrone pertumbuhan.Supaya bisa tuwuh kristal SiC kanthi kualitas kristal sing cukup apik lan kekandelan sing cukup, perlu kanggo mesthekake imbangan saka telung unsur ing ndhuwur, sing ningkatake kesulitan pertumbuhan fase cair SiC.Nanging, kanthi nambah bertahap lan nambah teori lan teknologi sing gegandhengan, kaluwihan saka pertumbuhan fase cair kristal SiC bakal mboko sithik.
Ing saiki, wutah phase Cairan saka kristal SiC 2-inch bisa ngrambah ing Jepang, lan wutah phase Cairan saka kristal 4-inch uga kang dikembangaké.Saiki, riset domestik sing relevan durung katon asil sing apik, lan perlu kanggo ngetutake karya riset sing relevan.
kaping pitu, Sifat fisik lan kimia saka kristal SiC
(1) Sifat mekanik: Kristal SiC nduweni kekerasan sing dhuwur banget lan tahan nyandhang sing apik.Kekerasan Mohs antara 9.2 lan 9.3, lan kekerasan Krit antara 2900 lan 3100Kg/mm2, sing nomer loro mung saka kristal berlian ing antarane bahan sing ditemokake.Amarga sifat mekanik SiC sing apik, bubuk SiC asring digunakake ing industri pemotongan utawa penggilingan, kanthi panjaluk taunan nganti jutaan ton.Lapisan tahan nyandhang ing sawetara bahan kerja uga bakal nggunakake lapisan SiC, contone, lapisan nyandhang-tahan ing sawetara kapal perang dumadi saka lapisan SiC.
(2) Sifat termal: konduktivitas termal SiC bisa tekan 3-5 W/cm·K, yaiku 3 kali semikonduktor tradisional Si lan 8 kali GaAs.Produksi panas piranti sing disiapake dening SiC bisa ditindakake kanthi cepet, saéngga syarat kondisi boros panas piranti SiC relatif longgar, lan luwih cocog kanggo nyiapake piranti kanthi daya dhuwur.SiC nduweni sifat termodinamika sing stabil.Ing kahanan tekanan normal, SiC bakal langsung diurai dadi uap sing ngemot Si lan C ing luwih dhuwur.
(3) Sifat kimia: SiC nduweni sifat kimia sing stabil, tahan korosi sing apik, lan ora bereaksi karo asam sing dikenal ing suhu kamar.SiC diselehake ing udhara kanggo dangu bakal alon mbentuk lapisan tipis SiO2 kandhel, nyegah reaksi oksidasi luwih.Nalika suhu mundhak luwih saka 1700 ℃, lapisan tipis SiO2 nyawiji lan ngoksidasi kanthi cepet.SiC bisa ngalami reaksi oksidasi alon karo oksidan utawa basa cair, lan wafer SiC biasane dikorosi ing KOH lan Na2O2 cair kanggo menehi ciri dislokasi ing kristal SiC.
(4) Sifat listrik: SiC minangka bahan perwakilan saka semikonduktor bandgap lebar, jembaré bandgap 6H-SiC lan 4H-SiC masing-masing 3.0 eV lan 3.2 eV, yaiku 3 kaping Si lan 2 kaping GaAs.Piranti semi-konduktor sing digawe saka SiC duwe arus bocor sing luwih cilik lan medan listrik rusak sing luwih gedhe, mula SiC dianggep minangka bahan sing cocog kanggo piranti kanthi daya dhuwur.Mobilitas elektron jenuh SiC uga 2 kaping luwih dhuwur tinimbang Si, lan uga nduweni kaluwihan sing jelas ing nyiapake piranti frekuensi dhuwur.Kristal SiC tipe-P utawa kristal SiC tipe-N bisa diduweni kanthi doping atom pengotor ing kristal kasebut.Saiki, kristal SiC tipe-P utamane didoping dening Al, B, Be, O, Ga, Sc lan atom liyane, lan kristal sic tipe-N utamane didoping dening atom N.Bedane konsentrasi lan jinis doping bakal duwe pengaruh gedhe marang sifat fisik lan kimia SiC.Ing wektu sing padha, operator gratis bisa dipaku kanthi doping tingkat jero kayata V, resistivity bisa ditambah, lan kristal SiC semi-insulating bisa diduweni.
(5) Properti optik: Amarga celah pita sing relatif amba, kristal SiC sing ora diombe ora ana warna lan transparan.Kristal SiC doped nuduhake werna sing beda amarga sifat sing beda, contone, 6H-SiC ijo sawise doping N;4H-SiC iku coklat.15R-SiC kuning.Doped karo Al, 4H-SiC katon biru.Iki minangka cara intuisi kanggo mbedakake jinis kristal SiC kanthi mirsani bedane warna.Kanthi riset terus-terusan babagan lapangan sing gegandhengan karo SiC sajrone 20 taun kepungkur, terobosan gedhe wis digawe ing teknologi sing gegandhengan.
kaping wolu,Pambuka status pangembangan SiC
Saiki, industri SiC wis saya sampurna, saka wafer substrat, wafer epitaxial nganti produksi piranti, kemasan, kabeh rantai industri wis diwasa, lan bisa nyedhiyakake produk sing gegandhengan karo SiC menyang pasar.
Cree minangka pimpinan ing industri pertumbuhan kristal SiC kanthi posisi utama ing ukuran lan kualitas wafer substrat SiC.Cree saiki ngasilake 300.000 chip substrat SiC saben taun, kanthi luwih saka 80% pengiriman global.
Ing September 2019, Cree ngumumake bakal mbangun fasilitas anyar ing Negara Bagian New York, AS, sing bakal nggunakake teknologi paling canggih kanggo ngembangake daya diameter 200 mm lan wafer substrat RF SiC, sing nuduhake teknologi persiapan materi substrat 200 mm SiC wis dadi luwih dewasa.
Saiki, produk utama chip substrat SiC ing pasar utamane 4H-SiC lan 6H-SiC jinis konduktif lan semi-terisolasi 2-6 inci.
Ing Oktober 2015, Cree dadi sing pertama ngluncurake wafer substrat SiC 200 mm kanggo jinis N lan LED, menehi tandha wiwitan wafer substrat SiC 8-inci menyang pasar.
Ing 2016, Romm miwiti nyeponsori tim Venturi lan dadi sing pertama nggunakake kombinasi IGBT + SiC SBD ing mobil kanggo ngganti solusi IGBT + Si FRD ing inverter 200 kW tradisional.Sawise dandan, bobot inverter dikurangi 2 kg lan ukurane dikurangi 19% nalika njaga daya sing padha.
Ing 2017, sawise Adoption luwih saka SiC MOS + SiC SBD, ora mung bobot suda dening 6 kg, ukuran suda dening 43%, lan daya inverter uga tambah saka 200 kW kanggo 220 kW.
Sawise Tesla nggunakake piranti berbasis SIC ing inverter drive utama produk Model 3 ing taun 2018, efek demonstrasi kanthi cepet digedhekake, nggawe pasar otomotif xEV dadi sumber kasenengan kanggo pasar SiC.Kanthi aplikasi SiC sing sukses, nilai output pasar sing gegandhengan uga mundhak kanthi cepet.
kaping sanga,Kesimpulan:
Kanthi paningkatan terus-terusan teknologi industri sing gegandhengan karo SiC, asil lan linuwih bakal luwih apik, rega piranti SiC uga bakal suda, lan daya saing pasar SiC bakal luwih jelas.Ing mangsa ngarep, piranti SiC bakal luwih akeh digunakake ing macem-macem lapangan kayata mobil, komunikasi, jaringan listrik, lan transportasi, lan pasar produk bakal luwih jembar, lan ukuran pasar bakal luwih ditambahi, dadi dhukungan penting kanggo nasional. ekonomi.
Wektu kirim: Jan-25-2024