Ir-raba', Metodu ta 'trasferiment tal-fwar fiżiku
Il-metodu tat-trasport tal-fwar fiżiku (PVT) oriġina mit-teknoloġija tas-sublimazzjoni tal-fażi tal-fwar ivvintata minn Lely fl-1955. It-trab tas-SiC jitqiegħed f'tubu tal-grafita u jissaħħan għal temperatura għolja biex jiddekomponi u jissublima t-trab tas-SiC, u mbagħad it-tubu tal-grafita jitkessaħ.Wara d-dekompożizzjoni tat-trab tas-SiC, il-komponenti tal-fażi tal-fwar huma depożitati u kristallizzati fi kristalli SiC madwar it-tubu tal-grafita.Għalkemm dan il-metodu huwa diffiċli biex jinkisbu kristalli singoli SiC ta 'daqs kbir, u l-proċess ta' depożizzjoni fit-tubu tal-grafita huwa diffiċli biex jiġi kkontrollat, jipprovdi ideat għal riċerkaturi sussegwenti.
Ym Terairov et al.fir-Russja introduċiet il-kunċett ta 'kristalli taż-żerriegħa fuq din il-bażi, u solvuta l-problema ta' forma ta 'kristall inkontrollabbli u pożizzjoni ta' nukleazzjoni ta 'kristalli SiC.Riċerkaturi sussegwenti komplew itejbu u eventwalment żviluppaw il-metodu tat-trasport tal-fażi fiżika tal-gass (PVT) fl-użu industrijali llum.
Bħala l-aktar metodu bikri tat-tkabbir tal-kristall SiC, il-metodu tat-trasferiment tal-fwar fiżiku huwa l-aktar metodu ta 'tkabbir mainstream għat-tkabbir tal-kristall SiC.Meta mqabbel ma 'metodi oħra, il-metodu għandu rekwiżiti baxxi għal tagħmir ta' tkabbir, proċess ta 'tkabbir sempliċi, kontrollabbiltà qawwija, żvilupp u riċerka bir-reqqa, u rrealizza applikazzjoni industrijali.L-istruttura tal-kristall imkabbra bil-metodu PVT mainstream kurrenti hija murija fil-figura.
L-oqsma tat-temperatura assjali u radjali jistgħu jiġu kkontrollati billi jiġu kkontrollati l-kundizzjonijiet esterni ta 'insulazzjoni termali tal-griġjol tal-grafita.It-trab tas-SiC jitqiegħed fil-qiegħ tal-griġjol tal-grafita b'temperatura ogħla, u l-kristall taż-żerriegħa tas-SiC jitwaħħal fil-parti ta 'fuq tal-griġjol tal-grafita b'temperatura aktar baxxa.Id-distanza bejn it-trab u ż-żerriegħa hija ġeneralment ikkontrollata biex tkun għexieren ta 'millimetri biex jiġi evitat kuntatt bejn il-kristall wieħed li qed jikber u t-trab.Il-gradjent tat-temperatura huwa ġeneralment fil-medda ta '15-35 ℃ / ċm.Gass inert ta '50-5000 Pa jinżamm fil-forn biex tiżdied il-konvezzjoni.B'dan il-mod, wara li t-trab tas-SiC jissaħħan għal 2000-2500℃ permezz ta' tisħin bl-induzzjoni, it-trab tas-SiC se jissublima u jiddekomponi f'Si, Si2C, SiC2 u komponenti oħra tal-fwar, u jiġi ttrasportat lejn it-tarf taż-żerriegħa b'konvezzjoni tal-gass, u l- Il-kristall tas-SiC huwa kristallizzat fuq il-kristall taż-żerriegħa biex jinkiseb tkabbir ta 'kristall wieħed.Ir-rata ta 'tkabbir tipika tagħha hija 0.1-2mm/h.
Il-proċess PVT jiffoka fuq il-kontroll tat-temperatura tat-tkabbir, gradjent tat-temperatura, wiċċ tat-tkabbir, spazjar tal-wiċċ tal-materjal u pressjoni tat-tkabbir, il-vantaġġ tiegħu huwa li l-proċess tiegħu huwa relattivament matur, il-materja prima hija faċli biex tipproduċi, l-ispiża hija baxxa, iżda l-proċess tat-tkabbir ta ' Metodu PVT huwa diffiċli biex josservaw, rata ta 'tkabbir tal-kristall ta' 0.2-0.4mm / h, huwa diffiċli li jikbru kristalli bi ħxuna kbira (> 50mm).Wara għexieren ta 'snin ta' sforzi kontinwi, is-suq attwali għall-wejfers tas-sottostrat tas-SiC imkabbra bil-metodu PVT kien enormi ħafna, u l-produzzjoni annwali ta 'wejfers tas-sottostrat tas-SiC tista' tilħaq mijiet ta 'eluf ta' wejfers, u d-daqs tiegħu qed jinbidel gradwalment minn 4 pulzieri għal 6 pulzieri , u żviluppat 8 pulzieri ta 'kampjuni ta' substrat tas-SiC.
Il-ħames,Metodu ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku b'temperatura għolja
Depożitu ta 'Fwar Kimiku b'Temperatura Għolja (HTCVD) huwa metodu mtejjeb ibbażat fuq Deposizzjoni ta' Fwar Kimiku (CVD).Il-metodu ġie propost għall-ewwel darba fl-1995 minn Kordina et al., Linkoping University, l-Isvezja.
Id-dijagramma tal-istruttura tat-tkabbir tidher fil-figura:
L-oqsma tat-temperatura assjali u radjali jistgħu jiġu kkontrollati billi jiġu kkontrollati l-kundizzjonijiet esterni ta 'insulazzjoni termali tal-griġjol tal-grafita.It-trab tas-SiC jitqiegħed fil-qiegħ tal-griġjol tal-grafita b'temperatura ogħla, u l-kristall taż-żerriegħa tas-SiC jitwaħħal fil-parti ta 'fuq tal-griġjol tal-grafita b'temperatura aktar baxxa.Id-distanza bejn it-trab u ż-żerriegħa hija ġeneralment ikkontrollata biex tkun għexieren ta 'millimetri biex jiġi evitat kuntatt bejn il-kristall wieħed li qed jikber u t-trab.Il-gradjent tat-temperatura huwa ġeneralment fil-medda ta '15-35 ℃ / ċm.Gass inert ta '50-5000 Pa jinżamm fil-forn biex tiżdied il-konvezzjoni.B'dan il-mod, wara li t-trab tas-SiC jissaħħan għal 2000-2500℃ permezz ta' tisħin bl-induzzjoni, it-trab tas-SiC se jissublima u jiddekomponi f'Si, Si2C, SiC2 u komponenti oħra tal-fwar, u jiġi ttrasportat lejn it-tarf taż-żerriegħa b'konvezzjoni tal-gass, u l- Il-kristall tas-SiC huwa kristallizzat fuq il-kristall taż-żerriegħa biex jinkiseb tkabbir ta 'kristall wieħed.Ir-rata ta 'tkabbir tipika tagħha hija 0.1-2mm/h.
Il-proċess PVT jiffoka fuq il-kontroll tat-temperatura tat-tkabbir, gradjent tat-temperatura, wiċċ tat-tkabbir, spazjar tal-wiċċ tal-materjal u pressjoni tat-tkabbir, il-vantaġġ tiegħu huwa li l-proċess tiegħu huwa relattivament matur, il-materja prima hija faċli biex tipproduċi, l-ispiża hija baxxa, iżda l-proċess tat-tkabbir ta ' Metodu PVT huwa diffiċli biex josservaw, rata ta 'tkabbir tal-kristall ta' 0.2-0.4mm / h, huwa diffiċli li jikbru kristalli bi ħxuna kbira (> 50mm).Wara għexieren ta 'snin ta' sforzi kontinwi, is-suq attwali għall-wejfers tas-sottostrat tas-SiC imkabbra bil-metodu PVT kien enormi ħafna, u l-produzzjoni annwali ta 'wejfers tas-sottostrat tas-SiC tista' tilħaq mijiet ta 'eluf ta' wejfers, u d-daqs tiegħu qed jinbidel gradwalment minn 4 pulzieri għal 6 pulzieri , u żviluppat 8 pulzieri ta 'kampjuni ta' substrat tas-SiC.
Il-ħames,Metodu ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku b'temperatura għolja
Depożitu ta 'Fwar Kimiku b'Temperatura Għolja (HTCVD) huwa metodu mtejjeb ibbażat fuq Deposizzjoni ta' Fwar Kimiku (CVD).Il-metodu ġie propost għall-ewwel darba fl-1995 minn Kordina et al., Linkoping University, l-Isvezja.
Id-dijagramma tal-istruttura tat-tkabbir tidher fil-figura:
Meta l-kristall SiC jitkabbar bil-metodu tal-fażi likwida, it-temperatura u d-distribuzzjoni tal-konvezzjoni ġewwa s-soluzzjoni awżiljarja huma murija fil-figura:
Wieħed jista 'jara li t-temperatura ħdejn il-ħajt tal-griġjol fis-soluzzjoni awżiljarja hija ogħla, filwaqt li t-temperatura fil-kristall taż-żerriegħa hija aktar baxxa.Matul il-proċess tat-tkabbir, il-griġjol tal-grafita jipprovdi sors C għat-tkabbir tal-kristall.Minħabba li t-temperatura fil-ħajt tal-griġjol hija għolja, is-solubilità ta 'C hija kbira, u r-rata ta' dissoluzzjoni hija mgħaġġla, ammont kbir ta 'C se jinħall fil-ħajt tal-griġjol biex jiffurmaw soluzzjoni saturata ta' C. Dawn is-soluzzjonijiet b'ammont kbir ta 'C maħlul se jiġi ttrasportat lejn il-parti t'isfel tal-kristalli taż-żerriegħa permezz ta' konvezzjoni fi ħdan is-soluzzjoni awżiljarja.Minħabba t-temperatura baxxa tat-tarf tal-kristall taż-żerriegħa, is-solubilità tas-C korrispondenti tonqos b'mod korrispondenti, u s-soluzzjoni C-saturata oriġinali ssir soluzzjoni supersaturata ta 'C wara li tiġi trasferita għat-tarf ta' temperatura baxxa taħt din il-kundizzjoni.Suprataturated C f'soluzzjoni flimkien ma 'Si f'soluzzjoni awżiljarja jista' jikber SiC kristall epitaxial fuq kristall taż-żerriegħa.Meta l-parti superforata ta 'C tippreċipita barra, is-soluzzjoni terġa' lura għat-tarf ta 'temperatura għolja tal-ħajt tal-griġjol b'konvezzjoni, u tħoll C għal darb'oħra biex tifforma soluzzjoni saturata.
Il-proċess kollu jirrepeti, u l-kristall SiC jikber.Fil-proċess tat-tkabbir tal-fażi likwida, ix-xoljiment u l-preċipitazzjoni ta 'C f'soluzzjoni hija indiċi importanti ħafna tal-progress tat-tkabbir.Sabiex jiġi żgurat tkabbir stabbli tal-kristall, huwa meħtieġ li jinżamm bilanċ bejn ix-xoljiment ta 'C fil-ħajt tal-griġjol u l-preċipitazzjoni fit-tarf taż-żerriegħa.Jekk ix-xoljiment ta 'C huwa akbar mill-preċipitazzjoni ta' C, allura s-C fil-kristall jiġi arrikkit gradwalment, u sseħħ nukleazzjoni spontanja ta 'SiC.Jekk ix-xoljiment ta 'C huwa inqas mill-preċipitazzjoni ta' C, it-tkabbir tal-kristall ikun diffiċli biex jitwettaq minħabba n-nuqqas ta 'solut.
Fl-istess ħin, it-trasport ta 'C b'konvezzjoni jaffettwa wkoll il-provvista ta' C waqt it-tkabbir.Sabiex jikbru kristalli SiC bi kwalità tajba biżżejjed tal-kristall u ħxuna suffiċjenti, huwa meħtieġ li jiġi żgurat il-bilanċ tat-tliet elementi ta 'hawn fuq, li jżid ħafna d-diffikultà tat-tkabbir tal-fażi likwida tas-SiC.Madankollu, bit-titjib gradwali u t-titjib tat-teoriji u t-teknoloġiji relatati, il-vantaġġi tat-tkabbir tal-fażi likwida tal-kristalli SiC se juru gradwalment.
Fil-preżent, it-tkabbir tal-fażi likwida ta 'kristalli SiC ta' 2 pulzieri jista 'jinkiseb fil-Ġappun, u qed jiġi żviluppat ukoll it-tkabbir tal-fażi likwida ta' kristalli ta '4 pulzieri.Fil-preżent, ir-riċerka domestika rilevanti ma ratx riżultati tajbin, u huwa meħtieġ li jiġi segwit ix-xogħol ta 'riċerka rilevanti.
Is-seba', Proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-kristalli tas-SiC
(1) Proprjetajiet mekkaniċi: Il-kristalli tas-SiC għandhom ebusija estremament għolja u reżistenza tajba għall-ilbies.L-ebusija Mohs tagħha hija bejn 9.2 u 9.3, u l-ebusija Krit tagħha hija bejn 2900 u 3100Kg/mm2, li hija t-tieni biss għall-kristalli tad-djamanti fost materjali li ġew skoperti.Minħabba l-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti tas-SiC, it-trab SiC spiss jintuża fl-industrija tat-tqattigħ jew tat-tħin, b'domanda annwali sa miljuni ta 'tunnellati.Il-kisja reżistenti għall-ilbies fuq xi biċċiet tax-xogħol se tuża wkoll kisi SiC, per eżempju, il-kisi reżistenti għall-ilbies fuq xi vapuri tal-gwerra huwa magħmul minn kisi SiC.
(2) Proprjetajiet termali: il-konduttività termali tas-SiC tista 'tilħaq 3-5 W/cm·K, li hija 3 darbiet dik tas-semikondutturi tradizzjonali Si u 8 darbiet dik ta' GaAs.Il-produzzjoni tas-sħana tal-apparat imħejji minn SiC tista 'titwettaq malajr, għalhekk ir-rekwiżiti tal-kundizzjonijiet tad-dissipazzjoni tas-sħana tal-apparat SiC huma relattivament laxki, u huwa aktar adattat għall-preparazzjoni ta' apparati ta 'qawwa għolja.SiC għandu proprjetajiet termodinamiċi stabbli.Taħt kundizzjonijiet ta 'pressjoni normali, SiC se jiġi dekompost direttament fi fwar li jkun fih Si u C f'ogħla.
(3) Proprjetajiet kimiċi: SiC għandu proprjetajiet kimiċi stabbli, reżistenza tajba għall-korrużjoni, u ma jirreaġixxix ma 'xi aċidu magħruf f'temperatura tal-kamra.SiC imqiegħed fl-arja għal żmien twil se jifforma bil-mod saff irqiq ta 'SiO2 dens, li jipprevjeni aktar reazzjonijiet ta' ossidazzjoni.Meta t-temperatura titla 'għal aktar minn 1700 ℃, is-saff irqiq SiO2 jiddewweb u jossidizza malajr.SiC jista 'jgħaddi minn reazzjoni ta' ossidazzjoni bil-mod ma 'ossidanti jew bażijiet imdewweb, u l-wejfers tas-SiC huma ġeneralment imsadda f'KOH imdewweb u Na2O2 biex jikkaratterizzaw id-dislokazzjoni fil-kristalli tas-SiC.
(4) Proprjetajiet elettriċi: SiC bħala materjal rappreżentattiv ta 'semikondutturi bandgap wiesa', wisa 'bandgap 6H-SiC u 4H-SiC huma 3.0 eV u 3.2 eV rispettivament, li hija 3 darbiet dik ta' Si u 2 darbiet dik ta 'GaAs.Apparati semi-kondutturi magħmula minn SiC għandhom kurrent ta 'tnixxija iżgħar u kamp elettriku ta' tqassim akbar, għalhekk SiC huwa meqjus bħala materjal ideali għal apparati ta 'qawwa għolja.Il-mobilità tal-elettroni saturati tas-SiC hija wkoll 2 darbiet ogħla minn dik tas-Si, u għandha wkoll vantaġġi ovvji fil-preparazzjoni ta 'apparati ta' frekwenza għolja.Kristalli SiC tat-tip P jew kristalli SiC tat-tip N jistgħu jinkisbu billi jiġu ddoping l-atomi ta 'l-impurità fil-kristalli.Fil-preżent, kristalli SiC tat-tip P huma prinċipalment drogati minn Al, B, Be, O, Ga, Sc u atomi oħra, u kristalli sic tat-tip N huma prinċipalment drogati minn atomi N.Id-differenza tal-konċentrazzjoni u t-tip tad-doping se jkollha impatt kbir fuq il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tas-SiC.Fl-istess ħin, it-trasportatur ħieles jista 'jiġi nailed mid-doping tal-livell fil-fond bħal V, ir-reżistenza tista' tiżdied, u jista 'jinkiseb il-kristall SiC semi-insulanti.
(5) Proprjetajiet ottiċi: Minħabba d-distakk tal-faxxa relattivament wiesa ', il-kristall SiC mhux doped huwa bla kulur u trasparenti.Il-kristalli SiC drogati juru kuluri differenti minħabba l-proprjetajiet differenti tagħhom, pereżempju, 6H-SiC huwa aħdar wara d-doping N;4H-SiC huwa kannella.15R-SiC huwa isfar.Doped b'Al, 4H-SiC jidher blu.Huwa metodu intuwittiv biex tiddistingwi t-tip tal-kristall SiC billi tosserva d-differenza tal-kulur.Bir-riċerka kontinwa fuq oqsma relatati mas-SiC fl-aħħar 20 sena, saru skoperti kbar f'teknoloġiji relatati.
It-tmien,Introduzzjoni tal-istatus ta 'żvilupp tas-SiC
Fil-preżent, l-industrija tas-SiC saret dejjem aktar perfetta, minn wejfers ta 'sottostrat, wejfers epitassjali għal produzzjoni ta' apparat, ippakkjar, il-katina industrijali kollha mmaturat, u tista 'tforni prodotti relatati mas-SiC lis-suq.
Cree huwa mexxej fl-industrija tat-tkabbir tal-kristall SiC b'pożizzjoni ta 'tmexxija kemm fid-daqs kif ukoll fil-kwalità tal-wejfers tas-sottostrat tas-SiC.Cree bħalissa tipproduċi 300,000 ċipep tas-sottostrat SiC fis-sena, li jammontaw għal aktar minn 80% tal-konsenji globali.
F'Settembru 2019, Cree ħabbar li se tibni faċilità ġdida fl-Istat ta 'New York, l-Istati Uniti, li se tuża l-aktar teknoloġija avvanzata biex tikber qawwa ta' dijametru ta '200 mm u wejfers tas-sottostrat RF SiC, li jindika li t-teknoloġija tal-preparazzjoni tal-materjal tas-sottostrat SiC ta' 200 mm tagħha għandha isiru aktar maturi.
Fil-preżent, il-prodotti mainstream taċ-ċipep tas-sottostrat tas-SiC fis-suq huma prinċipalment tipi konduttivi u semi-insulati 4H-SiC u 6H-SiC ta '2-6 pulzieri.
F'Ottubru 2015, Cree kien l-ewwel wieħed li nieda wejfers ta 'sottostrat SiC ta' 200 mm għal tip N u LED, li jimmarka l-bidu tal-wejfers tas-sottostrat SiC ta '8 pulzieri fis-suq.
Fl-2016, Romm beda jisponsorja lit-tim Venturi u kien l-ewwel li uża l-kombinazzjoni IGBT + SiC SBD fil-karozza biex jissostitwixxi s-soluzzjoni IGBT + Si FRD fl-inverter tradizzjonali ta '200 kW.Wara t-titjib, il-piż tal-inverter jitnaqqas b'2 kg u d-daqs jitnaqqas b'19% filwaqt li tinżamm l-istess qawwa.
Fl-2017, wara l-adozzjoni ulterjuri ta 'SiC MOS + SiC SBD, mhux biss il-piż jitnaqqas b'6 kg, id-daqs jitnaqqas bi 43%, u l-qawwa tal-inverter tiżdied ukoll minn 200 kW għal 220 kW.
Wara li Tesla adottat apparati bbażati fuq SIC fl-inverters prinċipali tas-sewqan tal-prodotti tagħha tal-Mudell 3 fl-2018, l-effett ta 'dimostrazzjoni ġie amplifikat malajr, u b'hekk is-suq tal-karozzi xEV dalwaqt sors ta' eċċitament għas-suq tas-SiC.Bl-applikazzjoni b'suċċess tas-SiC, il-valur tal-produzzjoni tas-suq relatat tiegħu żdied ukoll malajr.
Id-disa',Konklużjoni:
Bit-titjib kontinwu tat-teknoloġiji tal-industrija relatati mas-SiC, ir-rendiment u l-affidabbiltà tiegħu se jittejbu aktar, il-prezz tal-apparat tas-SiC se jitnaqqas ukoll, u l-kompetittività tas-suq tas-SiC se tkun aktar ovvja.Fil-futur, l-apparat tas-SiC se jintuża b'mod aktar wiesa 'f'diversi oqsma bħall-karozzi, il-komunikazzjonijiet, il-grilji tal-enerġija u t-trasport, u s-suq tal-prodott se jkun usa', u d-daqs tas-suq se jkompli estiż, u jsir appoġġ importanti għan-nazzjonali. ekonomija.
Ħin tal-post: Jan-25-2024