ዜና - የሲሊኮን ካርቦይድ (Ⅱ) አወቃቀር እና እድገት ቴክኖሎጂ

አራተኛ, የአካላዊ የእንፋሎት ማስተላለፊያ ዘዴ

የአካላዊ ትነት ትራንስፖርት (PVT)ዘዴው የመነጨው በሌሊ በ1955 ከፈጠረው የ vapor phase sublimation ቴክኖሎጂ ነው።የሲሲ ዱቄት በግራፋይት ቱቦ ውስጥ ይቀመጥና በከፍተኛ የሙቀት መጠን በማሞቅ የሲሲ ዱቄቱን መበስበስ እና መቀልበስ እና ከዚያም የግራፋይት ቱቦው ይቀዘቅዛል። የሲሲ ዱቄት መበስበስ ከተፈጠረ በኋላ, የእንፋሎት ክፍል ክፍሎች ይቀመጣሉ እና በግራፋይት ቱቦ ዙሪያ ወደ ሲሲ ክሪስታሎች ይቀመጣሉ. ምንም እንኳን ይህ ዘዴ ትልቅ መጠን ያላቸውን የሲሲ ነጠላ ክሪስታሎች ለማግኘት አስቸጋሪ ያደርገዋል, እና በግራፍ 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 እድገት ዘዴ፣ የአካላዊ የእንፋሎት ማስተላለፊያ ዘዴ ለሲሲ ክሪስታል እድገት ዋነኛው የእድገት ዘዴ ነው። ከሌሎች ዘዴዎች ጋር ሲነጻጸር, ዘዴው ለእድገት መሳሪያዎች ዝቅተኛ መስፈርቶች, ቀላል የእድገት ሂደት, ጠንካራ ቁጥጥር, ጥልቅ ልማት እና ምርምር እና የኢንዱስትሪ አተገባበርን አግኝቷል. አሁን ባለው ዋናው የ PVT ዘዴ የበቀለው ክሪስታል መዋቅር በሥዕሉ ላይ ይታያል.

የግራፋይት ክሩክብል ውጫዊ የሙቀት መከላከያ ሁኔታዎችን በመቆጣጠር የአክሲያል እና ራዲያል የሙቀት መስኮችን መቆጣጠር ይቻላል. የሲሲ ዱቄቱ በግራፍ ክሬዲት ግርጌ ላይ ከፍ ባለ የሙቀት መጠን ይቀመጣል, እና የሲሲሲ ዘር ክሪስታል በዝቅተኛ የሙቀት መጠን በግራፍ ክሬይ አናት 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 ንጣፍ ክፍተት እና የእድገት ግፊት ቁጥጥር ላይ ያተኩራል ፣ ጥቅሙ ሂደቱ በአንጻራዊነት የበሰለ ፣ ጥሬ ዕቃዎች በቀላሉ ለማምረት ቀላል ናቸው ፣ ዋጋው ዝቅተኛ ነው ፣ ግን የእድገት ሂደት ነው ። የ PVT ዘዴን ለመመልከት አስቸጋሪ ነው, ክሪስታል የእድገት ፍጥነት 0.2-0.4mm / h, ትልቅ ውፍረት (> 50 ሚሜ) ያላቸውን ክሪስታሎች ማደግ አስቸጋሪ ነው. ከበርካታ አሥርተ ዓመታት ተከታታይ ጥረቶች በኋላ፣ በፒቪቲ ዘዴ የሚበቅለው የሲሲ ንኡስ ፋብሪካዎች ገበያው በጣም ግዙፍ ሲሆን፣ ዓመታዊው የSIC substrate wafers ምርት በመቶ ሺዎች የሚቆጠሩ ዋይፎች ሊደርስ የሚችል ሲሆን መጠኑም ቀስ በቀስ ከ4 ኢንች ወደ 6 እየተለወጠ ነው። ኢንች፣ እና 8 ኢንች የSiC substrate ናሙናዎችን አዘጋጅቷል።

አምስተኛ፣ ከፍተኛ ሙቀት ያለው የኬሚካል ትነት የማስቀመጫ ዘዴ

ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው የኬሚካል የእንፋሎት ማጠራቀሚያ (HTCVD) 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-

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 ክራንች ለክሪስታል እድገት የ C ምንጭ 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 ጫፍ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ምክንያት, ተመጣጣኝ ሲ ያለው ሟሟት በተመጣጣኝ መጠን ይቀንሳል, እና ዋናው የሲ-ሳቹሬትድ መፍትሄ በዚህ ሁኔታ ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ከተላለፈ በኋላ የ C supersaturated መፍትሄ ይሆናል. Supersaturated C በ ረዳት መፍትሄ ከሲ ጋር ተዳምሮ የሲሲ ክሪስታል ኤፒታክሲያል ዘር ክሪስታል ላይ ሊያድግ ይችላል። የተቦረቦረው የ C ክፍል ወደ ውጭ በሚወጣበት ጊዜ መፍትሄው ወደ ከፍተኛ ሙቀት ወዳለው የመስቀል ግድግዳ ጫፍ በኮንቬክሽን ይመለሳል እና C እንደገና በማሟሟት የተሞላ መፍትሄ ይፈጥራል.

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 ወቅት አግባብነት ያለው የአገር ውስጥ ጥናት ጥሩ ውጤት አላስገኘም, እና አግባብነት ያላቸውን የምርምር ስራዎች 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 ልባስ ደግሞ የሲሲ ሽፋንን ይጠቀማል፣ ለምሳሌ፣ በአንዳንድ የጦር መርከቦች ላይ የሚለበስ ሽፋን ከሲሲ ሽፋን የተሰራ ነው።

(2) Thermal properties: የሲሲ የሙቀት ማስተላለፊያ 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። በተለመደው የግፊት ሁኔታዎች ውስጥ፣ ሲሲ በቀጥታ ሲ እና ሲን ወደ ሚይዝ ትነት 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 የኦክሲዴሽን ምላሽ ሊሰጥ ይችላል፣ እና የሲሲ ቫፈርስ አብዛኛውን ጊዜ በቀለጠ KOH እና Na2O2 ውስጥ በሲሲ ክሪስታሎች ውስጥ ያለውን መፈናቀል ለመለየት ይበላሻል።

(4) የኤሌክትሪክ ንብረቶች፡ ሲሲ እንደ ሰፊ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተሮች፣ 6H-SiC እና 4H-SiC bandgap ወርዶች እንደቅደም ተከተላቸው 3.0 eV እና 3.2 eV ናቸው፣ ይህም ከሲ 3 እጥፍ እና ከ GaAs 2 እጥፍ ይበልጣል። ከሲሲ የተሰሩ ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች አነስ ያሉ የፍሳሽ ሞገዶች እና ትልቅ ብልሽት ያላቸው የኤሌክትሪክ መስኮች ስላሏቸው ሲሲ ለከፍተኛ ሃይል 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 ሲሲክ ክሪስታሎች በዋናነት በአል፣ቢ፣ቢ፣ኦ፣ጋ፣ኤስክ እና ሌሎች አተሞች የተደገፉ ሲሆኑ N-አይነት ሲክ ክሪስታሎች በዋናነት በN አተሞች የተሠሩ ናቸው። የዶፒንግ ትኩረት እና ዓይነት ልዩነት በሲሲ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት ላይ ትልቅ ተጽእኖ ይኖረዋል. በተመሳሳይ ጊዜ ነፃው ተሸካሚ እንደ ቪ ባሉ ጥልቅ-ደረጃ ዶፒንግ ሊቸነከር ይችላል ፣ የመቋቋም አቅም ይጨምራል ፣ 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 ውስጥ ከሲሲ ጋር በተያያዙ መስኮች ላይ በተካሄደው ቀጣይነት ያለው ምርምር፣ ተዛማጅ ቴክኖሎጂዎች ላይ ትልቅ ግኝቶች ተደርገዋል።

ስምንተኛ፣ የሲሲ እድገት ሁኔታ መግቢያ

በአሁኑ ጊዜ የሲሲ ኢንደስትሪው ፍፁም እየሆነ መጥቷል፣ ከንዑስ ፕላስተር ዋፍሮች፣እናepitaxialዋፈርስለመሳሪያው ምርት እና ማሸግ አጠቃላይ የኢንዱስትሪ ሰንሰለት ብስለት ሆኗል እና ከሲሲ ጋር የተገናኙ ምርቶችን ለገበያ ማቅረብ ይችላል።

ክሪ በሲሲ ክሪስታል እድገት ኢንዱስትሪ ውስጥ መሪ ሲሆን በሁለቱም በሲሲ ንኡስ ንጣፎች መጠን እና ጥራት 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 200 ሚሜ ዲያሜትር ሃይል እና የ RF SiC substrate wafers ፣ ይህም የ 200 ሚሜ የሲሲ ንኡስ 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 ለማስጀመር የመጀመሪያው ሲሆን ይህም በገበያ ላይ የ 8 ኢንች የሲሲ ንኡስ ንጣፎችን መጀመሪያ ያመለክታል።
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% ቀንሷል 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