ዜና - የሲሊኮን ካርቦይድ (Ⅱ) አወቃቀር እና እድገት ቴክኖሎጂ

አራተኛ፣ የአካላዊ የእንፋሎት ማስተላለፊያ ዘዴ

የአካላዊ ትነት ትራንስፖርት (PVT) ዘዴ በሌሊ በ1955 ከፈለሰፈው የ vapor phase sublimation ቴክኖሎጂ የመነጨ ነው። የሲሲ ዱቄት በግራፋይት ቱቦ ውስጥ ይቀመጥና በከፍተኛ የሙቀት መጠን በማሞቅ የሲሲ ዱቄቱን መበስበስ እና መቀልበስ ከዚያም የግራፋይት ቱቦ ይቀዘቅዛል። የሲሲ ዱቄት መበስበስ ከተፈጠረ በኋላ, የእንፋሎት ክፍል ክፍሎች ይቀመጣሉ እና በግራፋይት ቱቦ ዙሪያ ወደ ሲሲ ክሪስታሎች ይቀመጣሉ. ምንም እንኳን ይህ ዘዴ ትልቅ መጠን SiC ነጠላ ክሪስታሎች ለማግኘት አስቸጋሪ ነው, እና በግራፋይት ቱቦ ውስጥ ያለው የማስቀመጫ ሂደት ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ቢሆንም, ለሚቀጥሉት ተመራማሪዎች ሀሳቦችን ይሰጣል.
Ym Terairov እና ሌሎች. በሩሲያ ውስጥ የዘር ክሪስታሎች ጽንሰ-ሀሳብ በዚህ መሠረት አስተዋወቀ እና ከቁጥጥር ውጭ የሆነ ክሪስታል ቅርፅ እና የሲሲ ክሪስታሎች የኑክሌር አቀማመጥ ችግርን ፈታ። ተከታይ ተመራማሪዎች ማሻሻላቸውን የቀጠሉ እና በመጨረሻም የፊዚካል ጋዝ ደረጃ ማጓጓዣ (PVT) ዘዴን ዛሬ በኢንዱስትሪ አጠቃቀሞች ውስጥ አዳብረዋል።

እንደ መጀመሪያው የሲሲ ክሪስታል ማደግ ዘዴ፣ የአካላዊ ትነት ማስተላለፊያ ዘዴ ለሲሲ ክሪስታል እድገት ዋነኛው የዕድገት ዘዴ ነው። ከሌሎች ዘዴዎች ጋር ሲነጻጸር, ዘዴው ለእድገት መሳሪያዎች ዝቅተኛ መስፈርቶች, ቀላል የእድገት ሂደት, ጠንካራ ቁጥጥር, ጥልቅ ልማት እና ምርምር እና የኢንዱስትሪ አተገባበርን እውን አድርጓል. በአሁኑ ዋናው የ PVT ዘዴ የሚበቅለው ክሪስታል መዋቅር በሥዕሉ ላይ ይታያል.

የግራፋይት ክሩክብል ውጫዊ የሙቀት መከላከያ ሁኔታዎችን በመቆጣጠር የአክሲያል እና ራዲያል የሙቀት መስኮችን መቆጣጠር ይቻላል. የሲሲ ዱቄቱ ከፍ ባለ የሙቀት መጠን ከግራፋይት ክራንች በታች ይቀመጣል, እና የሲሲ ዘር ክሪስታል ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ባለው የግራፍ ክሩክ ጫፍ ላይ ተስተካክሏል. በማደግ ላይ ባለው ነጠላ ክሪስታል እና በዱቄት መካከል ያለውን ግንኙነት ለማስቀረት በዱቄቱ እና በዘሩ መካከል ያለው ርቀት በአጠቃላይ በአስር ሚሊሜትር ቁጥጥር ይደረግበታል። የሙቀት መጠኑ ብዙውን ጊዜ ከ15-35 ℃ / ሴሜ ውስጥ ነው። ኮንቬንሽን ለመጨመር ከ50-5000 ፓኤ የማይሰራ ጋዝ በምድጃ ውስጥ ይቀመጣል። በዚህ መንገድ የሲሲ ዱቄቱ እስከ 2000-2500 ℃ ድረስ በኢንደክሽን ማሞቂያ ከተሞቀ በኋላ የሲሲ ዱቄቱ ወደ ሲ, ሲ2ሲ, ሲሲ 2 እና ሌሎች የእንፋሎት ክፍሎች ይከፋፈላል እና ወደ ዘሩ መጨረሻ በጋዝ ኮንቬክሽን ይጓጓዛል እና ነጠላ ክሪስታል እድገትን ለማግኘት የሲሲ ክሪስታል በዘር ክሪስታል ላይ ይጣላል። የተለመደው የእድገት መጠን 0.1-2mm / h ነው.

የ PVT ሂደት በእድገት የሙቀት መጠን ፣ የሙቀት ቅልጥፍና ፣ የእድገት ወለል ፣ የቁሳቁስ ወለል ክፍተት እና የእድገት ግፊት ቁጥጥር ላይ ያተኩራል ፣ ጥቅሙ ሂደቱ በአንጻራዊነት የበሰለ ነው ፣ ጥሬ ዕቃዎች በቀላሉ ለማምረት ቀላል ናቸው ፣ ዋጋው ዝቅተኛ ነው ፣ ግን የእድገት ሂደት የ PVT ዘዴን ለመመልከት አስቸጋሪ ነው, የክሪስታል እድገት ፍጥነት 0.2-0.4mm / h, ትልቅ ውፍረት (> 50 ሚሜ) ያላቸውን ክሪስታሎች ማደግ አስቸጋሪ ነው. ከበርካታ አሥርተ ዓመታት ተከታታይ ጥረቶች በኋላ አሁን ያለው የSIC substrate wafers በ PVT ዘዴ የሚበቅለው ገበያ በጣም ግዙፍ ሲሆን በየዓመቱ የሚወጣው የSIC substrate wafers በመቶ ሺዎች የሚቆጠሩ ዋይፎች ሊደርስ የሚችል ሲሆን መጠኑም ከ4 ኢንች ወደ 6 ኢንች ቀስ በቀስ እየተቀየረ ነው። ፣ እና 8 ኢንች የሲሲ ንዑሳን ናሙናዎችን አዘጋጅቷል።

አምስተኛ፣ከፍተኛ ሙቀት ያለው የኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ ዘዴ

ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው የኬሚካል የእንፋሎት ማጠራቀሚያ (ኤችቲሲቪዲ) በኬሚካል የእንፋሎት ማጠራቀሚያ (CVD) ላይ የተመሰረተ የተሻሻለ ዘዴ ነው. ዘዴው ለመጀመሪያ ጊዜ የቀረበው በ 1995 በ Kordina et al., Linkoping University, ስዊድን ነው.
የእድገት መዋቅር ንድፍ በስዕሉ ላይ ይታያል-

አምስተኛ፣ከፍተኛ ሙቀት ያለው የኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ ዘዴ

የሲሲ ክሪስታል በፈሳሽ ደረጃ ዘዴ ሲያድግ በረዳት መፍትሄው ውስጥ ያለው የሙቀት መጠን እና ስርጭት ስርጭት በሥዕሉ ላይ ይታያል-

በረዳት መፍትሄ ውስጥ ባለው ክሩብል ግድግዳ አጠገብ ያለው የሙቀት መጠን ከፍ ያለ ሲሆን በዘር ክሪስታል ላይ ያለው የሙቀት መጠን ዝቅተኛ ነው. በእድገት ሂደት ውስጥ, የግራፍ ክሬዲት ለ ክሪስታል እድገት የ C ምንጭን ያቀርባል. በመስቀል ግድግዳ ላይ ያለው የሙቀት መጠን ከፍ ያለ ስለሆነ የ C solubility ትልቅ ነው, እና የመፍቻው ፍጥነት ፈጣን ነው, ከፍተኛ መጠን ያለው C በመስቀል ግድግዳ ላይ ይሟሟቸዋል የ C እነዚህ መፍትሄዎች ከፍተኛ መጠን ያለው የሳቹሬትድ መፍትሄ ይፈጥራሉ. የ C ሟሟት በረዳት መፍትሄው ውስጥ በኮንቬክሽን ወደ የዘር ክሪስታሎች የታችኛው ክፍል ይጓጓዛል። በዘሩ ክሪስታል መጨረሻ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ምክንያት, ተመጣጣኝ ሲ ያለው ሟሟት በተመጣጣኝ መጠን ይቀንሳል, እና የመጀመሪያው የ C-saturated መፍትሄ በዚህ ሁኔታ ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ከተላለፈ በኋላ የ C supersaturated መፍትሄ ይሆናል. የተተካ ሲ መፍትሄ ከሲ ጋር በረዳት መፍትሄ ሲደመር በዘር ክሪስታል ላይ የሲሲ ክሪስታል ኤፒታክሲያል ሊያድግ ይችላል። የ C superforated ክፍል ወደ ውጭ ይዘንባል ጊዜ, መፍትሔው convection ጋር ክሩክብል ግድግዳ ላይ ከፍተኛ-ሙቀት መጨረሻ ይመለሳል, እና C ድጋሚ ይሟሟል saturated መፍትሄ ይመሰርታል.

አጠቃላይ ሂደቱ ይደገማል, እና የሲሲ ክሪስታል ያድጋል. በፈሳሽ ደረጃ እድገት ሂደት ውስጥ የ C መሟሟት እና በመፍትሔው ውስጥ ያለው ዝናብ በጣም አስፈላጊ የእድገት እድገት ጠቋሚ ነው። የተረጋጋ ክሪስታል እድገትን ለማረጋገጥ በ C ክሩብል ግድግዳ ላይ እና በዘሩ ጫፍ ላይ ባለው የዝናብ መጠን መካከል ያለውን ሚዛን መጠበቅ ያስፈልጋል. የ C መሟሟት ከ C ዝናብ የበለጠ ከሆነ ፣ በ ክሪስታል ውስጥ ያለው C ቀስ በቀስ የበለፀገ እና የሳይሲ ድንገተኛ ኒውክሊየስ ይከሰታል። የ C መሟሟት ከ C ዝናብ ያነሰ ከሆነ, ክሪስታል እድገቱ በሶልት እጥረት ምክንያት ለማከናወን አስቸጋሪ ይሆናል.
በተመሳሳይ ጊዜ የ C በ convection ማጓጓዝ በእድገቱ ወቅት የ C አቅርቦት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። የሲሲ ክሪስታሎችን በበቂ ጥራት ባለው ክሪስታል ጥራት እና በቂ ውፍረት ለማደግ ከላይ የተጠቀሱትን ሶስት ንጥረ ነገሮች ሚዛን ማረጋገጥ አስፈላጊ ሲሆን ይህም የሲሲ ፈሳሽ ደረጃ እድገትን ችግር በእጅጉ ይጨምራል. ነገር ግን፣ ተዛማጅ ንድፈ ሃሳቦች እና ቴክኖሎጂዎች ቀስ በቀስ መሻሻል እና መሻሻል፣ የሲሲ ክሪስታሎች የፈሳሽ ምዕራፍ እድገት ጥቅሞች ቀስ በቀስ ያሳያሉ።
በአሁኑ ጊዜ የ 2-ኢንች ሲሲ ክሪስታሎች የፈሳሽ ምዕራፍ እድገት በጃፓን ውስጥ ሊገኝ ይችላል, እና የ 4-ኢንች ክሪስታሎች የፈሳሽ ምዕራፍ እድገትም እንዲሁ እየተገነባ ነው. በአሁኑ ጊዜ አግባብነት ያለው የአገር ውስጥ ጥናት ጥሩ ውጤት አላስገኘም, እና ተገቢውን የምርምር ሥራ መከታተል አስፈላጊ ነው.

ሰባተኛ፣ የሲሲ ክሪስታሎች አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት

(1) መካኒካል ባህርያት፡ ሲሲ ክሪስታሎች እጅግ በጣም ከፍተኛ ጥንካሬ እና ጥሩ የመልበስ መከላከያ አላቸው። የMohs ጥንካሬው በ9.2 እና 9.3 መካከል ነው፣ እና የKrit ጥንካሬው በ2900 እና 3100Kg/mm2 መካከል ነው፣ ይህም ከተገኙት ቁሳቁሶች መካከል ከአልማዝ ክሪስታሎች ቀጥሎ ሁለተኛ ነው። በሲሲ ጥሩ ሜካኒካል ባህሪያት ምክንያት ዱቄት ሲሲ ብዙውን ጊዜ በመቁረጥ ወይም በመፍጨት ኢንዱስትሪ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል ፣ አመታዊ ፍላጎት እስከ ሚሊዮን ቶን። በአንዳንድ የስራ ክፍሎች ላይ የሚለበስ ሽፋን ደግሞ የሲሲ ሽፋን ይጠቀማል፣ ለምሳሌ በአንዳንድ የጦር መርከቦች ላይ የሚለበስ ሽፋን በሲሲ ሽፋን የተዋቀረ ነው።

(2) Thermal properties: SiC thermal conductivity 3-5 W/cm · K ሊደርስ ይችላል፣ ይህም ከባህላዊ ሴሚኮንዳክተር ሲ 3 እጥፍ እና ከ GaAs 8 እጥፍ ይበልጣል። በሲሲ (ሲሲ) የተዘጋጀው የመሣሪያው ሙቀት ማምረት በፍጥነት ሊካሄድ ይችላል, ስለዚህ የሲሲ መሳሪያው የሙቀት ማከፋፈያ ሁኔታዎች መስፈርቶች በአንጻራዊነት ዝቅተኛ ናቸው, እና ከፍተኛ ኃይል ያላቸውን መሳሪያዎች ለማዘጋጀት የበለጠ ተስማሚ ነው. ሲሲ የተረጋጋ ቴርሞዳይናሚክስ ባህሪ አለው። በመደበኛ የግፊት ሁኔታዎች ውስጥ፣ ሲሲ በቀጥታ ሲ እና ሲ ወደ ያዘው በትነት በከፍተኛ ደረጃ ይበሰብሳል.

(3) ኬሚካላዊ ባህሪያት፡- ሲሲ የተረጋጋ ኬሚካላዊ ባህሪያት፣ ጥሩ የዝገት መቋቋም እና በክፍል ሙቀት ውስጥ ከማንኛውም አሲድ ጋር ምላሽ አይሰጥም። በአየር ውስጥ ለረጅም ጊዜ የተቀመጠው ሲሲ ቀስ በቀስ ቀጭን የሆነ ጥቅጥቅ ያለ SiO2 ይፈጥራል ፣ ይህም ተጨማሪ የኦክሳይድ ምላሽን ይከላከላል። የሙቀት መጠኑ ከ 1700 ℃ በላይ ሲጨምር ፣ የ SiO2 ስስ ሽፋን ይቀልጣል እና በፍጥነት ኦክሳይድ ይሆናል። ሲሲ ከቀለጠ ኦክሳይዳተሮች ወይም መሠረቶች ጋር ቀርፋፋ የኦክስዲሽን ምላሽ ሊሰጥ ይችላል፣ እና ሲሲ ዋይፋሮች ብዙውን ጊዜ በቀለጠ KOH እና Na2O2 ውስጥ በሲሲ ክሪስታሎች ውስጥ ያለውን መፈናቀል ለመለየት ይበላሻሉ።.

(4) የኤሌክትሪክ ንብረቶች: SiC እንደ ሰፊ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተሮች ተወካይ ቁሳቁስ, 6H-SiC እና 4H-SiC bandgap ወርድ በቅደም ተከተል 3.0 eV እና 3.2 eV ናቸው, ይህም ከሲ 3 እጥፍ እና ከ GaAs 2 እጥፍ ይበልጣል. ከሲሲ የተሠሩ ከፊል ኮንዳክተር መሳሪያዎች አነስተኛ የፍሳሽ ፍሰት እና ትልቅ ብልሽት የኤሌክትሪክ መስክ አላቸው ፣ ስለሆነም ሲሲ ለከፍተኛ ኃይል መሳሪያዎች ተስማሚ ቁሳቁስ ተደርጎ ይቆጠራል። የሳቹሬትድ የኤሌክትሮኒክስ ተንቀሳቃሽነት የሲሲ ተንቀሳቃሽነት ከሲ 2 እጥፍ ከፍ ያለ ነው፣ እና እንዲሁም ከፍተኛ ድግግሞሽ ያላቸውን መሳሪያዎች በማዘጋጀት ረገድ ግልጽ ጠቀሜታዎች አሉት። ፒ-አይነት ሲሲ ክሪስታሎች ወይም የኤን-አይነት ሲሲ ክሪስታሎች በክሪስታሎች ውስጥ ያሉትን የንፁህ አተሞች ዶፒንግ ማግኘት ይችላሉ። በአሁኑ ጊዜ የፒ-አይነት ሲሲ ክሪስታሎች በዋነኛነት በአል፣ቢ፣ቢ፣ኦ፣ጋ፣ኤስሲ እና ሌሎች አተሞች የተሠሩ ሲሆኑ N-type sic crystals በዋነኝነት የሚሠሩት በN አቶሞች ነው። የዶፒንግ ትኩረት እና ዓይነት ልዩነት በሲሲ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት ላይ ትልቅ ተጽእኖ ይኖረዋል. በተመሳሳይ ጊዜ ነፃ ተሸካሚው እንደ ቪ ባሉ ጥልቅ ደረጃ ዶፒንግ በምስማር ሊሰፍር ይችላል ፣ የመቋቋም አቅሙ ከፍ ሊል ይችላል ፣ እና ከፊል-ኢንሱላር ሲሲ ክሪስታል ማግኘት ይቻላል ።

(5) ኦፕቲካል ባህርያት፡ በአንጻራዊ ሰፊ ባንድ ክፍተት ምክንያት ያልተሸፈነው የሲሲ ክሪስታል ቀለም የሌለው እና ግልጽ ነው። የዶፕ ሲሲ ክሪስታሎች በተለያዩ ባህሪያት ምክንያት የተለያዩ ቀለሞችን ያሳያሉ, ለምሳሌ, 6H-SiC ከዶፒንግ N በኋላ አረንጓዴ ነው; 4H-SiC ቡኒ ነው። 15R-SiC ቢጫ ነው። በአል የተደገፈ፣ 4H-SiC ሰማያዊ ይመስላል። የቀለም ልዩነትን በመመልከት የሲሲ ክሪስታል ዓይነትን ለመለየት ሊታወቅ የሚችል ዘዴ ነው. ባለፉት 20 ዓመታት በሲሲ ተዛማጅ መስኮች ላይ በተደረጉ ተከታታይ ጥናቶች፣ ተዛማጅ ቴክኖሎጂዎች ላይ ትልቅ እመርታ ተደርገዋል።

ስምንተኛ፣የ SiC እድገት ሁኔታ መግቢያ

በአሁኑ ጊዜ የሲሲ ኢንዱስትሪ ፍፁም እየሆነ መጥቷል፣ ከስር ዌፈርስ፣ ከኤፒታክሲያል ዋይፋሮች እስከ መሳሪያ ምርት፣ ማሸግ፣ አጠቃላይ የኢንዱስትሪ ሰንሰለት አብቅሏል፣ እና ከሲሲ ጋር የተያያዙ ምርቶችን ለገበያ ማቅረብ ይችላል።

ክሪ በሲሲ ክሪስታል እድገት ኢንዱስትሪ ውስጥ መሪ ሲሆን በሁለቱም መጠን እና በሲሲ ንኡስ ንጣፎች ጥራት ውስጥ ግንባር ቀደም ቦታ ነው። ክሪ በአሁኑ ጊዜ በዓመት 300,000 SiC substrate ቺፖችን ያመርታል ፣ይህም ከ80% በላይ የአለም አቀፍ ጭነት ነው።

እ.ኤ.አ. በሴፕቴምበር 2019 ክሪ በኒው ዮርክ ግዛት ፣ ዩኤስኤ ውስጥ አዲስ ተቋም እንደሚገነባ አስታውቋል ፣ ይህም እጅግ የላቀ ቴክኖሎጂን በመጠቀም የ 200 ሚሜ ዲያሜትር ኃይል እና የ RF SiC substrate wafers ፣ ይህም የ 200 ሚሜ የሲሲ substrate ቁስ ዝግጅት ቴክኖሎጂ እንዳለው ያሳያል ። የበለጠ ብስለት ይሁኑ.

በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ያሉት የSIC substrate ቺፕስ ዋና ዋና ምርቶች በዋነኛነት 4H-SiC እና 6H-SiC conductive እና ከፊል-insulated ከ2-6 ኢንች አይነቶች ናቸው።
እ.ኤ.አ. በጥቅምት 2015 ክሪ ለኤን-አይነት እና ለኤልኢዲ 200 ሚሜ የሲሲ ንኡስ ንጣፎችን ለመጀመር የመጀመሪያው ሲሆን ይህም የ 8 ኢንች የሲሲ ንኡስ ንጣፎችን ወደ ገበያው መጀመሩን ያሳያል።
እ.ኤ.አ. በ 2016 ፣ Romm የ Venturi ቡድንን ስፖንሰር ማድረግ የጀመረ ሲሆን በመኪናው ውስጥ የ IGBT + SiC SBD ጥምርን የ IGBT + Si FRD መፍትሄን በተለመደው የ 200 kW inverter ለመተካት የመጀመሪያው ነው። ከተሻሻሉ በኋላ, የመቀየሪያው ክብደት በ 2 ኪሎ ግራም ይቀንሳል እና መጠኑ በ 19% ይቀንሳል, ተመሳሳይ ኃይልን ይጠብቃል.

እ.ኤ.አ. በ 2017 የ SiC MOS + SiC SBD ተጨማሪ ተቀባይነት ካገኘ በኋላ ክብደቱ በ 6 ኪ.ግ ብቻ ሳይሆን መጠኑ በ 43% ይቀንሳል, እና የኢንቮርተር ኃይል ከ 200 ኪሎ ዋት ወደ 220 ኪ.ወ.
ቴስላ በ2018 የሞዴል 3 ምርቶቹን ዋና አንፃፊ ኢንቮርተርስ ውስጥ በSIC ላይ የተመሰረቱ መሳሪያዎችን ከተቀበለ በኋላ የማሳያ ውጤቱ በፍጥነት ጨምሯል። በሲሲ ስኬታማ ትግበራ፣ ተዛማጅ የገበያ ውፅዓት እሴቱም በፍጥነት ጨምሯል።

ዘጠነኛ፣ማጠቃለያ፡-

ከሲሲ ጋር የተገናኙ የኢንዱስትሪ ቴክኖሎጂዎች ቀጣይነት ባለው መሻሻል ፣ ምርቱ እና አስተማማኝነቱ የበለጠ ይሻሻላል ፣ የሲሲ መሳሪያዎች ዋጋም ይቀንሳል ፣ እና የሲሲ የገበያ ተወዳዳሪነት የበለጠ ግልፅ ይሆናል። ወደፊትም የሲሲ መሳሪያዎች በተለያዩ እንደ አውቶሞቢሎች፣ መገናኛዎች፣ የኤሌክትሪክ መረቦች እና የትራንስፖርት ዘርፎች በስፋት ጥቅም ላይ የሚውሉ ሲሆን የምርት ገበያው ሰፊ ይሆናል፣ የገበያው መጠንም የበለጠ እየሰፋ በመሄድ ለአገር አቀፍ ጠቃሚ ድጋፍ ይሆናል። ኢኮኖሚ.

የልጥፍ ጊዜ: ጥር-25-2024