Dezvoltarea și aplicațiile carburei de siliciu (SiC)
1. Un secol de inovație în SiC
Călătoria carburei de siliciu (SiC) a început în 1893, când Edward Goodrich Acheson a proiectat cuptorul Acheson, folosind materiale de carbon pentru a realiza producția industrială de SiC prin încălzirea electrică a cuarțului și carbonului. Această invenție a marcat începutul industrializării SiC și i-a adus lui Acheson un brevet.
La începutul secolului al XX-lea, SiC a fost folosit în principal ca abraziv datorită durității sale remarcabile și rezistenței la uzură. Până la mijlocul secolului al XX-lea, progresele în tehnologia depunerii chimice în vapori (CVD) au deschis noi posibilități. Cercetătorii de la Bell Labs, conduși de Rustum Roy, au pus bazele pentru CVD SiC, realizând primele acoperiri de SiC pe suprafețe de grafit.
Anii 1970 au cunoscut o descoperire majoră atunci când Union Carbide Corporation a aplicat grafit acoperit cu SiC în creșterea epitaxială a materialelor semiconductoare cu nitrură de galiu (GaN). Această evoluție a jucat un rol esențial în LED-urile și laserele de înaltă performanță bazate pe GaN. De-a lungul deceniilor, acoperirile SiC s-au extins dincolo de semiconductori la aplicații în industria aerospațială, auto și electronică de putere, datorită îmbunătățirilor aduse tehnicilor de fabricație.
Astăzi, inovații precum pulverizarea termică, PVD și nanotehnologia îmbunătățesc și mai mult performanța și aplicarea acoperirilor SiC, arătându-și potențialul în domenii de ultimă oră.
2. Înțelegerea structurilor cristaline și a utilizărilor SiC
SiC se mândrește cu peste 200 de politipuri, clasificate după aranjamentele lor atomice în structuri cubice (3C), hexagonale (H) și romboedrice (R). Printre acestea, 4H-SiC și 6H-SiC sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de mare putere și, respectiv, optoelectronice, în timp ce β-SiC este apreciat pentru conductivitatea termică superioară, rezistența la uzură și rezistența la coroziune.
β-SiCproprietăți unice, cum ar fi o conductivitate termică a120-200 W/m·Kși un coeficient de dilatare termică care se potrivește îndeaproape cu grafitul, îl fac materialul preferat pentru acoperirile de suprafață în echipamentele de epitaxie pentru plachete.
3. Acoperiri SiC: proprietăți și tehnici de preparare
Acoperirile de SiC, de obicei β-SiC, sunt aplicate pe scară largă pentru a îmbunătăți proprietățile suprafeței, cum ar fi duritatea, rezistența la uzură și stabilitatea termică. Metodele comune de preparare includ:
- Depunerea chimică în vapori (CVD):Oferă acoperiri de înaltă calitate, cu aderență și uniformitate excelente, ideale pentru substraturi mari și complexe.
- Depunere fizică de vapori (PVD):Oferă un control precis asupra compoziției acoperirii, potrivit pentru aplicații de înaltă precizie.
- Tehnici de pulverizare, depunere electrochimică și acoperire cu șlam: Serviți ca alternative rentabile pentru aplicații specifice, deși cu diferite limitări în ceea ce privește aderența și uniformitatea.
Fiecare metodă este aleasă în funcție de caracteristicile substratului și de cerințele de aplicare.
4. Susceptori de grafit acoperiți cu SiC în MOCVD
Susceptorii de grafit acoperiți cu SiC sunt indispensabili în depunerea în vapori chimici organici ai metalelor (MOCVD), un proces cheie în fabricarea materialelor semiconductoare și optoelectronice.
Acești susceptori oferă un suport robust pentru creșterea filmului epitaxial, asigurând stabilitatea termică și reducând contaminarea cu impurități. Acoperirea SiC îmbunătățește, de asemenea, rezistența la oxidare, proprietățile suprafeței și calitatea interfeței, permițând un control precis în timpul creșterii filmului.
5. Avansarea spre viitor
În ultimii ani, eforturi semnificative au fost îndreptate spre îmbunătățirea proceselor de producție a substraturilor de grafit acoperite cu SiC. Cercetătorii se concentrează pe îmbunătățirea purității, uniformității și duratei de viață a acoperirii, reducând în același timp costurile. În plus, explorarea materialelor inovatoare precumacoperiri cu carbură de tantal (TaC).oferă potențiale îmbunătățiri ale conductivității termice și rezistenței la coroziune, deschizând calea pentru soluțiile de ultimă generație.
Pe măsură ce cererea de susceptori de grafit acoperiți cu SiC continuă să crească, progresele în producția inteligentă și producția la scară industrială vor sprijini în continuare dezvoltarea de produse de înaltă calitate pentru a satisface nevoile în evoluție ale industriilor semiconductoare și optoelectronice.
Ora postării: 24-nov-2023