Төртүнчү, Бууну өткөрүүнүн физикалык ыкмасы
Физикалык бууларды ташуу (PVT) ыкмасы 1955-жылы Лели ойлоп тапкан буу фазасын сублимациялоо технологиясынан келип чыккан. SiC порошок графит түтүкчөсүнө салынып, SiC порошокун ажыратуу жана сублимациялоо үчүн жогорку температурага чейин ысытылат, андан кийин графит түтүгү муздатылат.SiC порошок ыдырагандан кийин буу фазасынын компоненттери графит түтүгүнүн айланасында SiC кристаллдарына жайгаштырылат жана кристаллдашат.Бул ыкма чоң өлчөмдөгү SiC монокристаллдарын алуу кыйын болсо да, графит түтүкчөсүндөгү чөкүү процессин көзөмөлдөө кыйын болсо да, ал кийинки изилдөөчүлөр үчүн идеяларды берет.
Ym Тераиров жана башкалар.Россияда ушул негизде урук кристаллдары түшүнүгүн киргизип, SiC кристаллдарынын кристаллдык формасынын жана ядролук абалынын башкарылбоо маселесин чечкен.Кийинки изилдөөчүлөр өркүндөтүүнү улантып, акырында физикалык газ фазасын ташуу (PVT) ыкмасын бүгүнкү күндө өнөр жайлык колдонууда иштеп чыгышты.
SiC кристаллынын өсүшүнүн эң алгачкы ыкмасы катары, физикалык буу өткөрүү ыкмасы SiC кристаллынын өсүшү үчүн эң негизги өсүү ыкмасы болуп саналат.Башка ыкмалар менен салыштырганда, ыкма өсүү жабдууларына, жөнөкөй өсүү процессине, күчтүү контролдукка, кылдат иштеп чыгууга жана изилдөөгө төмөн талаптарга ээ жана өнөр жайлык колдонууну ишке ашырды.Учурдагы негизги PVT ыкмасы менен өстүрүлгөн кристаллдын түзүмү сүрөттө көрсөтүлгөн.
Температуранын октук жана радиалдык талааларын графит тигелинин тышкы жылуулук изоляциясынын шарттарын көзөмөлдөө аркылуу башкарууга болот.Температурасы жогору болгон графит тигелинин түбүнө SiC порошок коюлат, ал эми SiC урук кристалы графит тигелинин үстү жагында төмөнкү температурада бекитилет.Порошок менен үрөндүн ортосундагы аралык өсүп жаткан монокристалл менен порошоктун ортосундагы байланышты болтурбоо үчүн жалпысынан ондогон миллиметрге чейин көзөмөлдөнөт.Температура градиенти, адатта, 15-35 ℃ / см диапазондо болот.Конвекцияны жогорулатуу үчүн меште 50-5000 Па инерттүү газ кармалат.Ушундай жол менен, SiC порошок индукциялык жылытуу менен 2000-2500 ℃ чейин ысытылгандан кийин, SiC порошок сублимацияланат жана Si, Si2C, SiC2 жана башка буу компоненттерине ажырайт жана газ конвекциясы менен үрөндүн аягына чейин жеткирилет жана SiC кристалл бир кристалл өсүшүнө жетүү үчүн урук кристаллында кристаллдашкан.Анын типтүү өсүү темпи 0,1-2мм/саат.
PVT процесси өсүү температурасын, температура градиентин, өсүү бетинин, материалдын бетинин аралыгын жана өсүү басымын көзөмөлдөөгө багытталган, анын артыкчылыгы процесси салыштырмалуу жетилген, чийки затты өндүрүү оңой, баасы төмөн, бирок өсүү процесси PVT ыкмасын байкоо кыйын, кристалл өсүш темпи 0,2-0,4 мм/саат, калыңдыгы чоң (> 50 мм) кристаллдарды өстүрүү кыйын.Ондогон жылдар бою үзгүлтүксүз аракеттерден кийин, PVT ыкмасы менен өстүрүлгөн SiC субстрат пластинкаларынын учурдагы рыногу абдан чоң болду жана SiC субстрат пластинкаларынын жылдык өндүрүшү жүз миңдеген пластинкаларга жетиши мүмкүн жана анын өлчөмү акырындык менен 4 дюймдан 6 дюймга чейин өзгөрүүдө. , жана 8 дюймдук SiC субстрат үлгүлөрүн иштеп чыкты.
Бешинчи,Жогорку температурадагы химиялык буу коюу ыкмасы
Жогорку Температурадагы Химиялык Бууну Депозитирлөө (HTCVD) - Химиялык Бууну Депозитирлөө (CVD) негизинде жакшыртылган ыкма.Метод биринчи жолу 1995-жылы Кордина жана башкалар, Линкопинг университети, Швеция тарабынан сунушталган.
Өсүү структурасынын диаграммасы сүрөттө көрсөтүлгөн:
Температуранын октук жана радиалдык талааларын графит тигелинин тышкы жылуулук изоляциясынын шарттарын көзөмөлдөө аркылуу башкарууга болот.Температурасы жогору болгон графит тигелинин түбүнө SiC порошок коюлат, ал эми SiC урук кристалы графит тигелинин үстү жагында төмөнкү температурада бекитилет.Порошок менен үрөндүн ортосундагы аралык өсүп жаткан монокристалл менен порошоктун ортосундагы байланышты болтурбоо үчүн жалпысынан ондогон миллиметрге чейин көзөмөлдөнөт.Температура градиенти, адатта, 15-35 ℃ / см диапазондо болот.Конвекцияны жогорулатуу үчүн меште 50-5000 Па инерттүү газ кармалат.Ушундай жол менен, SiC порошок индукциялык жылытуу менен 2000-2500 ℃ чейин ысытылгандан кийин, SiC порошок сублимацияланат жана Si, Si2C, SiC2 жана башка буу компоненттерине ажырайт жана газ конвекциясы менен үрөндүн аягына чейин жеткирилет жана SiC кристалл бир кристалл өсүшүнө жетүү үчүн урук кристаллында кристаллдашкан.Анын типтүү өсүү темпи 0,1-2мм/саат.
PVT процесси өсүү температурасын, температура градиентин, өсүү бетинин, материалдын бетинин аралыгын жана өсүү басымын көзөмөлдөөгө багытталган, анын артыкчылыгы процесси салыштырмалуу жетилген, чийки затты өндүрүү оңой, баасы төмөн, бирок өсүү процесси PVT ыкмасын байкоо кыйын, кристалл өсүш темпи 0,2-0,4 мм/саат, калыңдыгы чоң (> 50 мм) кристаллдарды өстүрүү кыйын.Ондогон жылдар бою үзгүлтүксүз аракеттерден кийин, PVT ыкмасы менен өстүрүлгөн SiC субстрат пластинкаларынын учурдагы рыногу абдан чоң болду жана SiC субстрат пластинкаларынын жылдык өндүрүшү жүз миңдеген пластинкаларга жетиши мүмкүн жана анын өлчөмү акырындык менен 4 дюймдан 6 дюймга чейин өзгөрүүдө. , жана 8 дюймдук SiC субстрат үлгүлөрүн иштеп чыкты.
Бешинчи,Жогорку температурадагы химиялык буу коюу ыкмасы
Жогорку Температурадагы Химиялык Бууну Депозитирлөө (HTCVD) - Химиялык Бууну Депозитирлөө (CVD) негизинде жакшыртылган ыкма.Метод биринчи жолу 1995-жылы Кордина жана башкалар, Линкопинг университети, Швеция тарабынан сунушталган.
Өсүү структурасынын диаграммасы сүрөттө көрсөтүлгөн:
SiC кристалл суюк фаза ыкмасы менен өстүрүлгөндө, жардамчы эритменин ичиндеги температура жана конвекциянын бөлүштүрүлүшү сүрөттө көрсөтүлгөн:
Көмөкчү эритмедеги тигелдин дубалынын жанындагы температура жогору, ал эми урук кристаллындагы температура төмөн экенин көрүүгө болот.Өсүү процессинде графит тигел кристаллдын өсүшү үчүн С булагы менен камсыз кылат.Тигель дубалындагы температура жогору, С эригичтиги чоң жана эрүү ылдамдыгы тез болгондуктан, тигель дубалында көп санда С эрийт жана С каныккан эритмесин пайда кылат. Бул эритмелер көп өлчөмдө Көмөкчү эритменин ичиндеги конвекция жолу менен эриген С дан кристаллдарынын төмөнкү бөлүгүнө ташылат.Уруктун кристалл учунун температурасы төмөн болгондуктан, тиешелүү С-нын эригичтиги ошого жараша төмөндөйт жана баштапкы С-каныккан эритме бул шартта төмөнкү температуранын учуна которулгандан кийин С-тин өтө каныккан эритмесине айланат.Жардамчы эритмедеги Si менен бириккен эритмедеги супратуратылган С урук кристаллында SiC кристалл эпитаксиалдык өсө алат.С-нын суперфорацияланган бөлүгү чөккөндө эритме конвекция менен тигель дубалынын жогорку температурадагы учуна кайтып келип, каныккан эритмени пайда кылуу үчүн кайрадан С эрийт.
Бүт процесс кайталанат жана SiC кристалл өсөт.Суюк фазанын өсүү процессинде эритмеде С эритүү жана тунаруу өсүү прогрессинин өтө маанилүү көрсөткүчү болуп саналат.Кристаллдын стабилдүү өсүшүн камсыз кылуу үчүн тигелдин дубалындагы С эритүү менен уруктун аягындагы жаан-чачындын ортосундагы тең салмактуулукту сактоо зарыл.Эгерде С-нын эрүү процесси С-нын чөгүшүнөн көп болсо, анда кристаллдагы С акырындык менен байыйт да, SiC-тин өзүнөн-өзү нуклеацияланышы жүрөт.Эгерде С-нын эриши С-нын жаан-чачынынан аз болсо, эритүүчү заттын жетишсиздигинен кристаллдын өсүшү кыйындайт.
Ошол эле учурда С-нын конвекция аркылуу ташылышы да өсүү учурунда С-нын берилишине таасирин тийгизет.Жетиштүү кристалл сапаты жана жетиштүү калыңдыгы менен SiC кристаллдарын өстүрүү үчүн жогорудагы үч элементтин тең салмактуулугун камсыз кылуу зарыл, бул SiC суюк фазасынын өсүшүнүн кыйынчылыгын бир топ жогорулатат.Бирок, бара-бара өркүндөтүү жана тиешелүү теорияларды жана технологияларды өркүндөтүү менен, SiC кристаллдарынын суюк фазасынын өсүшүнүн артыкчылыктары акырындык менен көрсөтүлөт.
Учурда Японияда 2 дюймдук SiC кристаллдарынын суюк фазасынын өсүшүнө жетишүүгө болот жана 4 дюймдук кристаллдардын суюк фазасынын өсүшү да иштелип жатат.Учурда тиешелүү ата мекендик изилдөөлөр жакшы натыйжаларды бере элек жана тиешелүү изилдөө иштерин улантуу зарыл.
Жетинчи, SiC кристаллдарынын физикалык жана химиялык касиеттери
(1) Механикалык касиеттери: SiC кристаллдары өтө жогорку катуулукка жана жакшы эскирүү каршылыгына ээ.Анын Mohs катуулугу 9,2 жана 9,3 ортосунда, ал эми Крит катуулугу 2900 жана 3100 кг/мм2 ортосунда, бул табылган материалдар арасында алмаз кристаллдарынан кийинки эле экинчи орунда турат.SiC мыкты механикалык касиеттеринен улам, порошок SiC көбүнчө кесүү же майдалоо тармагында колдонулат, анын жылдык суроо-талаптары миллиондогон тоннага чейин жетет.Кээ бир жасалгалардагы эскирүүгө туруктуу каптоо SiC каптоосун да колдонот, мисалы, кээ бир согуштук кемелердеги эскирүүгө туруктуу каптама SiC каптоосунан турат.
(2) Жылуулук касиеттери: SiC жылуулук өткөрүмдүүлүгү 3-5 Вт/см·К жетиши мүмкүн, бул салттуу жарым өткөргүч Siден 3 эсе жана GaAsден 8 эсе көп.SiC тарабынан даярдалган аппараттын жылуулук өндүрүшү тез арада жүргүзүлүшү мүмкүн, ошондуктан SiC аппаратынын жылуулук таркатуучу шарттарынын талаптары салыштырмалуу эркин жана ал жогорку кубаттуулуктагы түзүлүштөрдү даярдоо үчүн ылайыктуу.SiC туруктуу термодинамикалык касиетке ээ.Кадимки басымдын шарттарында SiC түздөн-түз Si жана C жогору болгон бууга ажырайт.
(3) Химиялык касиеттери: SiC туруктуу химиялык касиеттерге ээ, коррозияга жакшы туруштук берет жана бөлмө температурасында белгилүү кислота менен реакцияга кирбейт.Узак убакыт абада жайгаштырылган SiC акырындык менен тыгыз SiO2 жука катмарын пайда кылып, андан ары кычкылдануу реакцияларына жол бербейт.Температура 1700 ℃ жогору көтөрүлгөндө, SiO2 жука катмары эрип, тез кычкылданат.SiC эриген оксиданттар же негиздер менен жай кычкылдануу реакциясына дуушар болушу мүмкүн жана SiC пластинкалары, адатта, SiC кристаллдарындагы дислокацияны мүнөздөш үчүн эриген KOH жана Na2O2де коррозияга учурайт..
(4) Электрдик касиеттери: SiC кең тилкелүү жарым өткөргүчтөрдүн репрезентативдик материалы катары, 6H-SiC жана 4H-SiC тилкесинин туурасы тиешелүүлүгүнө жараша 3,0 эВ жана 3,2 эВ, бул Siдан 3 эсе, GaAsдан 2 эсе көп.SiCден жасалган жарым өткөргүч түзүлүштөр азыраак агып чыгуучу ток жана чоңураак бузулуу электр талаасына ээ, ошондуктан SiC жогорку кубаттуулуктагы түзүлүштөр үчүн идеалдуу материал катары каралат.SiCтин каныккан электрондук мобилдүүлүгү да Siга караганда 2 эсе жогору жана жогорку жыштыктагы приборлорду даярдоодо да ачык артыкчылыктарга ээ.P-типтеги SiC кристаллдары же N-типтеги SiC кристаллдары кристаллдардагы аралашма атомдорун допингдөө жолу менен алынышы мүмкүн.Азыркы учурда P-типтеги SiC кристаллдары негизинен Al, B, Be, O, Ga, Sc жана башка атомдор менен, ал эми N-типтеги sic кристаллдары негизинен N атомдору менен кошулган.Допинг концентрациясынын жана түрүнүн айырмасы SiC физикалык жана химиялык касиеттерине чоң таасирин тийгизет.Ошол эле учурда, эркин алып жүрүүчүнү V сыяктуу терең деңгээлдеги допинг менен кадап, каршылыкты жогорулатып, жарым изоляциялоочу SiC кристалын алууга болот.
(5) Оптикалык касиеттери: салыштырмалуу кенен тилке ажырымына байланыштуу, кошулбаган SiC кристалл түссүз жана тунук.Кошулган SiC кристаллдары ар кандай касиеттеринен улам ар кандай түстөрдү көрсөтөт, мисалы, N допингден кийин 6H-SiC жашыл болот;4H-SiC күрөң.15R-SiC сары.Al менен кошулган, 4H-SiC көк болуп көрүнөт.Бул түстүн айырмасын байкоо менен SiC кристалл түрүн айырмалоо үчүн интуитивдик ыкма болуп саналат.Акыркы 20 жылда SiC менен байланышкан тармактар боюнча үзгүлтүксүз изилдөөлөр менен байланышкан технологияларда чоң ачылыштар жасалды.
Сегизинчи,SiC өнүктүрүү статусун киргизүү
Азыркы учурда, SiC өнөр жайы барган сайын кемчиликсиз болуп калды, субстрат пластинкаларынан, эпитаксиалдык пластинкалардан тартып аппаратты өндүрүүгө, таңгактоого чейин, бүт өнөр жай чынжырчасы жетилип, рынокко SiC менен байланышкан өнүмдөрдү бере алат.
Cree SiC субстрат пластинкасынын өлчөмү жана сапаты боюнча алдыңкы позицияга ээ болгон SiC кристаллынын өсүү тармагында лидер.Кри учурда жылына 300 000 SiC субстрат микросхемаларын чыгарат, бул дүйнөлүк жүктөрдүн 80% дан ашыгын түзөт.
2019-жылдын сентябрында Кри Нью-Йорк штатында, АКШда жаңы объект кура турганын жарыялады, ал 200 мм диаметрдеги кубаттуулукту жана RF SiC субстрат пластинкаларын өстүрүү үчүн эң алдыңкы технологияны колдонот, бул анын 200 мм SiC субстрат материал даярдоо технологиясы бар экенин көрсөтүп турат. ого бетер жетилген.
Азыркы учурда, рынокто SiC субстрат микросхемалардын негизги азыктары, негизинен, 4H-SiC жана 6H-SiC өткөргүч жана 2-6 дюйм жарым изоляцияланган түрлөрү.
2015-жылдын октябрында Кри биринчи болуп N-түрү жана LED үчүн 200 мм SiC субстрат пластинкаларын ишке киргизди, бул рынокко 8 дюймдук SiC субстрат пластинкаларынын башталышын белгиледи.
2016-жылы Ромм Venturi командасына демөөрчүлүк кыла баштады жана биринчилерден болуп унаада IGBT + SiC SBD айкалышын салттуу 200 кВт инвертордогу IGBT + Si FRD чечиминин ордуна колдонгон.Жакшыртылгандан кийин инвертордун салмагы бирдей кубаттуулукту сактоо менен 2 кг жана өлчөмү 19% га азаят.
2017-жылы SiC MOS + SiC SBD андан ары кабыл алынгандан кийин, салмагы гана 6 кг азайбастан, көлөмү 43% га кыскарган, ошондой эле инвертордук кубаттуулугу 200 кВттан 220 кВтка чейин жогорулаган.
2018-жылы Tesla өзүнүн Model 3 өнүмдөрүнүн негизги диск инверторлорунда SIC негизиндеги шаймандарды кабыл алгандан кийин, демонстрация эффектиси тездик менен күчөп, xEV автоунаа рыногун SiC рыногу үчүн толкундануунун булагы кылды.SiC ийгиликтүү колдонуу менен, анын тиешелүү рыноктук наркы да тездик менен өстү.
Тогузунчу,Жыйынтык:
SiC менен байланышкан тармактык технологиялардын үзгүлтүксүз өркүндөтүлүшү менен анын кирешелүүлүгү жана ишенимдүүлүгү дагы жакшырат, SiC аппараттарынын баасы да төмөндөйт жана SiCтин рыноктук атаандаштыкка жөндөмдүүлүгү айкыныраак болот.Келечекте SiC аппараттары автомобиль, байланыш, электр тармактары жана транспорт сыяктуу ар кандай тармактарда кеңири колдонулуп, продукция рыногу кеңейет жана рыноктун көлөмү дагы кеңейип, улуттук үчүн маанилүү колдоо болуп калат. экономика.
Посттун убактысы: Январь-25-2024