Kaopat, Métode mindahkeun uap fisik
Metoda angkutan uap fisik (PVT) asalna tina téhnologi sublimasi fase uap invented by Lely di 1955. Bubuk SiC disimpen dina tube grafit jeung dipanaskeun nepi ka suhu luhur pikeun decompose na sublimate bubuk SiC, lajeng tube grafit ieu leuwih tiis.Sanggeus dékomposisi bubuk SiC, komponén fase uap disimpen na crystallized kana kristal SiC sabudeureun tube grafit.Sanajan metoda ieu hese pikeun ménta ukuran badag SiC kristal tunggal, sarta prosés déposisi dina tube grafit hese ngadalikeun, nyadiakeun gagasan pikeun peneliti salajengna.
Ym Terairov et al.di Rusia ngenalkeun konsép kristal siki dina dasar ieu, sareng ngarengsekeun masalah bentuk kristal anu teu kaampeuh sareng posisi nukleasi kristal SiC.Panaliti saterasna terus ningkatkeun sareng pamustunganana ngembangkeun metode transportasi fase gas fisik (PVT) dina panggunaan industri ayeuna.
Salaku métode pertumbuhan kristal SiC pangheubeulna, métode transfer uap fisik nyaéta métode tumuwuhna paling mainstream pikeun tumuwuh kristal SiC.Dibandingkeun sareng metode anu sanés, metodena ngagaduhan syarat anu rendah pikeun alat-alat kamekaran, prosés kamekaran saderhana, kontrol anu kuat, pamekaran lengkep sareng panalungtikan, sareng parantos ngawujudkeun aplikasi industri.Struktur kristal dipelak ku metoda PVT mainstream ayeuna ditémbongkeun dina gambar.
Widang suhu axial sareng radial tiasa dikontrol ku ngadalikeun kaayaan insulasi termal éksternal tina crucible grafit.Bubuk SiC ditempatkeun di handapeun crucible grafit kalayan suhu anu langkung luhur, sareng kristal cikal SiC dilereskeun dina luhureun crucible grafit kalayan suhu anu langkung handap.Jarak antara bubuk jeung siki umumna dikawasa janten puluhan milimeter ulah kontak antara tumuwuh kristal tunggal jeung bubuk.Gradién hawa biasana dina kisaran 15-35 ℃ / cm.Gas inert 50-5000 Pa diteundeun dina tungku pikeun ngaronjatkeun convection.Ku cara kieu, sanggeus bubuk SiC dipanaskeun nepi ka 2000-2500 ℃ ku pemanasan induksi, bubuk SiC bakal sublimate sarta decompose kana Si, Si2C, SiC2 sareng komponenana uap séjén, sarta diangkut ka tungtung cikal kalawan convection gas, sarta kristal SiC ieu crystallized on kristal cikal pikeun ngahontal tumuwuhna kristal tunggal.Laju tumuwuhna has nyaéta 0.1-2mm / h.
Prosés PVT museurkeun kana kontrol suhu pertumbuhan, gradién suhu, permukaan kamekaran, jarak permukaan bahan sareng tekanan pertumbuhan, kauntunganna nyaéta prosésna rélatif dewasa, bahan baku gampang ngahasilkeun, biayana rendah, tapi prosés kamekaranna. Metoda PVT hese dititénan, laju tumuwuh kristal of 0.2-0.4mm / h, hese tumuwuh kristal kalawan ketebalan badag (> 50mm).Saatos sababaraha dekade usaha kontinyu, pasar ayeuna keur wafers substrat SiC tumuwuh ku metoda PVT geus kacida gedéna, sarta kaluaran taunan wafers substrat SiC bisa ngahontal ratusan rébu wafers, sarta ukuranana geus laun robah ti 4 inci nepi ka 6 inci. , sarta geus ngembangkeun 8 inci sampel substrat SiC.
Kalima,Métode déposisi uap kimia suhu luhur
Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (HTCVD) mangrupikeun metode anu ditingkatkeun dumasar kana déposisi Uap Kimia (CVD).Métode ieu mimiti diajukeun dina 1995 ku Kordina dkk., Linkoping University, Swédia.
Diagram struktur pertumbuhan dipidangkeun dina gambar:
Widang suhu axial sareng radial tiasa dikontrol ku ngadalikeun kaayaan insulasi termal éksternal tina crucible grafit.Bubuk SiC ditempatkeun di handapeun crucible grafit kalayan suhu anu langkung luhur, sareng kristal cikal SiC dilereskeun dina luhureun crucible grafit kalayan suhu anu langkung handap.Jarak antara bubuk jeung siki umumna dikawasa janten puluhan milimeter ulah kontak antara tumuwuh kristal tunggal jeung bubuk.Gradién hawa biasana dina kisaran 15-35 ℃ / cm.Gas inert 50-5000 Pa diteundeun dina tungku pikeun ngaronjatkeun convection.Ku cara kieu, sanggeus bubuk SiC dipanaskeun nepi ka 2000-2500 ℃ ku pemanasan induksi, bubuk SiC bakal sublimate sarta decompose kana Si, Si2C, SiC2 sareng komponenana uap séjén, sarta diangkut ka tungtung cikal kalawan convection gas, sarta kristal SiC ieu crystallized on kristal cikal pikeun ngahontal tumuwuhna kristal tunggal.Laju tumuwuhna has nyaéta 0.1-2mm / h.
Prosés PVT museurkeun kana kontrol suhu pertumbuhan, gradién suhu, permukaan kamekaran, jarak permukaan bahan sareng tekanan pertumbuhan, kauntunganna nyaéta prosésna rélatif dewasa, bahan baku gampang ngahasilkeun, biayana rendah, tapi prosés kamekaranna. Metoda PVT hese dititénan, laju tumuwuh kristal of 0.2-0.4mm / h, hese tumuwuh kristal kalawan ketebalan badag (> 50mm).Saatos sababaraha dekade usaha kontinyu, pasar ayeuna keur wafers substrat SiC tumuwuh ku metoda PVT geus kacida gedéna, sarta kaluaran taunan wafers substrat SiC bisa ngahontal ratusan rébu wafers, sarta ukuranana geus laun robah ti 4 inci nepi ka 6 inci. , sarta geus ngembangkeun 8 inci sampel substrat SiC.
Kalima,Métode déposisi uap kimia suhu luhur
Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (HTCVD) mangrupikeun metode anu ditingkatkeun dumasar kana déposisi Uap Kimia (CVD).Métode ieu mimiti diajukeun dina 1995 ku Kordina dkk., Linkoping University, Swédia.
Diagram struktur pertumbuhan dipidangkeun dina gambar:
Nalika kristal SiC dipelak ku metode fase cair, suhu sareng distribusi konveksi dina leyuran bantu dipidangkeun dina gambar:
Ieu bisa ditempo yén suhu deukeut témbok crucible dina leyuran bantu leuwih luhur, sedengkeun hawa dina kristal cikal leuwih handap.Salila prosés tumuwuhna, crucible grafit nyadiakeun sumber C pikeun tumuwuh kristal.Kusabab suhu dina témbok crucible tinggi, kaleyuran C badag, sarta laju disolusi gancang, jumlah badag C bakal leyur dina témbok crucible pikeun ngabentuk leyuran jenuh C. solusi ieu kalawan jumlah badag. tina C leyur bakal diangkut ka bagian handap kristal cikal ku convection dina leyuran bantu.Kusabab suhu lemah tina tungtung kristal cikal, kaleyuran tina C pakait nurun correspondingly, sarta leyuran C-jenuh aslina janten leyuran supersaturated C sanggeus dipindahkeun ka tungtung suhu low dina kaayaan ieu.Suprataturated C dina leyuran digabungkeun jeung Si dina leyuran bantu bisa tumuwuh SiC kristal epitaxial on kristal cikal.Nalika bagian superforated tina C endapanana kaluar, leyuran balik deui ka tungtung-suhu luhur témbok crucible kalawan convection, sarta leyur C deui pikeun ngabentuk leyuran jenuh.
Sakabeh prosés diulang, sarta kristal SiC tumuwuh.Dina prosés pertumbuhan fase cair, disolusi sareng présipitasi C dina leyuran mangrupikeun indéks anu penting pikeun kamajuan kamekaran.Dina raraga pikeun mastikeun tumuwuhna kristal stabil, perlu pikeun ngajaga kasaimbangan antara disolusi C dina témbok crucible jeung présipitasi dina tungtung siki.Upami disolusi C langkung ageung tibatan présipitasi C, maka C dina kristal laun-laun diperkaya, sareng nukleasi spontan SiC bakal lumangsung.Lamun disolusi C nyaéta kirang ti présipitasi C, tumuwuhna kristal bakal hésé pikeun ngalakonan alatan kurangna solute.
Dina waktu nu sarua, angkutan C ku convection ogé mangaruhan suplai C salila tumuwuhna.Dina raraga tumuwuh kristal SiC kalawan kualitas kristal cukup alus sarta ketebalan cukup, perlu pikeun mastikeun kasaimbangan tilu elemen luhur, nu greatly ngaronjatkeun kasusah tumuwuhna fase cair SiC.Nanging, kalayan paningkatan bertahap sareng perbaikan téori sareng téknologi anu aya hubunganana, kauntungan tina pertumbuhan fase cair kristal SiC laun-laun bakal nunjukkeun.
Ayeuna, pertumbuhan fase cair tina kristal SiC 2 inci tiasa dihontal di Jepang, sareng kamekaran fase cair tina kristal 4 inci ogé dikembangkeun.Ayeuna, panalungtikan domestik anu sasuai teu acan ningali hasil anu saé, sareng kedah diteruskeun kana hasil panalungtikan anu relevan.
Katujuh, Sipat fisik sareng kimia kristal SiC
(1) Sipat mékanis: SiC kristal gaduh karasa pisan luhur sarta lalawanan maké alus.Karasa Mohs na antara 9,2 jeung 9,3, sarta karasa Krit na antara 2900 jeung 3100Kg/mm2, nu kadua ukur pikeun kristal inten diantara bahan nu geus kapanggih.Alatan sipat mékanis alus teuing tina SiC, bubuk SiC mindeng dipaké dina motong atawa grinding industri, kalawan paménta taunan nepi ka jutaan ton.Lapisan tahan ngagem dina sababaraha workpieces ogé bakal ngagunakeun palapis SiC, contona, palapis tahan maké dina sababaraha kapal perang diwangun ku palapis SiC.
(2) Sipat termal: konduktivitas termal SiC tiasa ngahontal 3-5 W / cm·K, nyaéta 3 kali tina semikonduktor tradisional Si sareng 8 kali GaAs.Produksi panas tina alat anu disiapkeun ku SiC tiasa gancang dilaksanakeun, ku kituna syarat kaayaan dissipation panas tina alat SiC rélatif leupas, sareng éta langkung cocog pikeun persiapan alat-alat kakuatan tinggi.SiC mibanda sipat termodinamika stabil.Dina kaayaan tekanan normal, SiC bakal langsung decomposed kana uap ngandung Si jeung C di luhur.
(3) Sipat Kimia: SiC boga sipat kimia stabil, résistansi korosi alus, sarta teu meta jeung asam dipikawanoh dina suhu kamar.SiC disimpen dina hawa pikeun lila lalaunan bakal ngabentuk lapisan ipis SiO2 padet, nyegah réaksi oksidasi salajengna.Nalika suhu naék ka langkung ti 1700 ℃, lapisan ipis SiO2 ngalebur sareng ngaoksidasi gancang.SiC bisa ngalaman réaksi oksidasi slow kalawan oksidan lebur atawa basa, sarta wafers SiC biasana corroded dina KOH lebur sarta Na2O2 characterize dislokasi dina kristal SiC..
(4) Sipat listrik: SiC salaku bahan wawakil semikonduktor bandgap lega, lebar bandgap 6H-SiC jeung 4H-SiC masing-masing 3.0 eV jeung 3.2 eV, nu 3 kali ti Si jeung 2 kali ti GaAs.Alat semi-konduktor anu didamel tina SiC gaduh arus bocor anu langkung alit sareng médan listrik ngarecahna langkung ageung, ku kituna SiC dianggap salaku bahan idéal pikeun alat-alat kakuatan tinggi.Mobilitas éléktron jenuh SiC ogé 2 kali langkung luhur tibatan Si, sareng éta ogé gaduh kaunggulan anu jelas dina nyiapkeun alat-alat frekuensi tinggi.Kristal SiC tipe-P atawa kristal SiC tipe-N tiasa didapet ku doping atom najis dina kristal.Ayeuna, kristal P-tipe SiC utamana doped ku Al, B, Be, O, Ga, Sc jeung atom séjén, sarta N-tipe kristal sic utamana doped ku atom N.Beda konsentrasi sareng jinis doping bakal gaduh dampak anu ageung kana sipat fisik sareng kimia SiC.Dina waktos anu sami, pamawa gratis tiasa dipaku ku doping tingkat jero sapertos V, résistivitasna tiasa ningkat, sareng kristal SiC semi-insulating tiasa didapet.
(5) Sipat optik: Alatan gap band rélatif lega, kristal SiC undoped teu warnaan jeung transparan.The doped kristal SiC némbongkeun kelir béda alatan sipat béda, contona, 6H-SiC héjo sanggeus doping N;4H-SiC warna coklat.15R-SiC nyaéta konéng.Doped kalawan Al, 4H-SiC mucunghul biru.Ieu mangrupikeun metodeu intuitif pikeun ngabédakeun jinis kristal SiC ku ningali bédana warna.Kalayan panilitian anu terus-terusan ngeunaan widang anu aya hubunganana sareng SiC dina 20 taun katukang, terobosan hébat parantos dilakukeun dina téknologi anu aya hubunganana.
Kadalapan,Bubuka status ngembangkeun SiC
Ayeuna, industri SiC parantos janten langkung sampurna, ti wafer substrat, wafer epitaxial dugi ka produksi alat, bungkusan, sadaya ranté industri parantos dewasa, sareng éta tiasa nyayogikeun produk anu aya hubunganana sareng SiC ka pasar.
Cree mangrupikeun pamimpin dina industri pertumbuhan kristal SiC kalayan posisi anu unggul dina ukuran sareng kualitas wafer substrat SiC.Cree ayeuna ngahasilkeun 300,000 chip substrat SiC per taun, ngitung langkung ti 80% tina kiriman global.
Dina Séptémber 2019, Cree ngumumkeun yén éta bakal ngawangun fasilitas énggal di New York State, AS, anu bakal ngagunakeun téknologi anu paling canggih pikeun ngagedékeun kakuatan diameter 200 mm sareng wafer substrat RF SiC, nunjukkeun yén téknologi persiapan bahan substrat 200 mm SiC na gaduh. janten langkung dewasa.
Ayeuna, produk mainstream chip substrat SiC di pasar utamina 4H-SiC sareng 6H-SiC conductive sareng semi-insulated jinis 2-6 inci.
Dina Oktober 2015, Cree mangrupikeun anu munggaran ngaluncurkeun wafer substrat SiC 200 mm pikeun tipe-N sareng LED, nyirian awal wafer substrat SiC 8 inci ka pasar.
Dina 2016, Romm mimiti sponsor tim Venturi sareng anu munggaran ngagunakeun kombinasi IGBT + SiC SBD dina mobil pikeun ngagentos solusi IGBT + Si FRD dina inverter 200 kW tradisional.Saatos perbaikan, beurat inverter diréduksi ku 2 kg sareng ukuranana diréduksi ku 19% bari ngajaga kakuatan anu sami.
Dina 2017, sanggeus nyoko salajengna SiC MOS + SiC SBD, teu ukur beuratna diréduksi ku 6 kg, ukuranana diréduksi ku 43%, sarta kakuatan inverter ogé ngaronjat tina 200 kW ka 220 kW.
Saatos Tesla ngadopsi alat basis SIC dina inverters drive utama produk Model 3 na di 2018, pangaruh démo gancang digedékeun, ngajantenkeun pasar otomotif xEV pas janten sumber pikagumbiraeun pikeun pasar SiC.Kalayan aplikasi suksés SiC, nilai kaluaran pasar anu aya hubunganana ogé parantos ningkat gancang.
kasalapan,Kacindekan:
Kalayan perbaikan kontinyu tina téknologi industri anu aya hubunganana sareng SiC, ngahasilkeun sareng reliabilitasna bakal langkung ningkat, harga alat SiC ogé bakal ngirangan, sareng daya saing pasar SiC bakal langkung atra.Dina mangsa nu bakal datang, alat SiC bakal leuwih loba dipaké dina sagala rupa widang kayaning mobil, komunikasi, grids kakuatan, sarta transportasi, sarta pasar produk bakal lega, sarta ukuran pasar bakal salajengna dimekarkeun, jadi hiji rojongan penting pikeun nasional. ékonomi.
waktos pos: Jan-25-2024