четврто, Метода физичког преноса паре
Метода физичког транспорта паре (ПВТ) потиче од технологије сублимације парне фазе коју је изумео Лели 1955. СиЦ прах се ставља у графитну цев и загрева до високе температуре да би се разградио и сублимирао СиЦ прах, а затим се графитна цев хлади. Након разлагања праха СиЦ, компоненте парне фазе се таложе и кристалишу у кристале СиЦ око графитне цеви. Иако је овим методом тешко добити монокристале СиЦ велике величине, а процес таложења у графитној цеви је тешко контролисати, он даје идеје за будуће истраживаче.
Им Тераиров и др. у Русији је на основу тога уведен концепт семенских кристала и решио проблем неконтролисаног облика кристала и положаја нуклеације СиЦ кристала. Каснији истраживачи су наставили да се усавршавају и на крају развили метод транспорта физичке гасне фазе (ПВТ) у индустријској употреби данас.
Као најранија метода раста кристала СиЦ, метода физичког преноса паре је најчешћи метод раста за раст кристала СиЦ. У поређењу са другим методама, метода има ниске захтеве за опремом за раст, једноставан процес раста, снажну контролу, темељит развој и истраживање, и остварила је индустријску примену. Структура кристала узгојеног тренутном главном ПВТ методом је приказана на слици.
Аксијална и радијална температурна поља могу се контролисати контролисањем спољних услова топлотне изолације графитног лончића. СиЦ прах се поставља на дно графитног лончића са вишом температуром, а СиЦ семенски кристал је фиксиран на врху графитног лончића са нижом температуром. Растојање између праха и семена се генерално контролише на десетине милиметара како би се избегао контакт између растућег монокристала и праха. Температурни градијент је обично у опсегу од 15-35℃/цм. Инертни гас од 50-5000 Па се држи у пећи ради повећања конвекције. На овај начин, након што се СиЦ прах загреје на 2000-2500 ℃ индукционим загревањем, СиЦ прах ће сублимирати и разложити се на Си, Си2Ц, СиЦ2 и друге компоненте паре, и транспортовати до краја семена конвекцијом гаса, а Кристал СиЦ се кристалише на кристалу за семе да би се постигао раст појединачних кристала. Његова типична стопа раста је 0,1-2 мм/х.
ПВТ процес се фокусира на контролу температуре раста, температурног градијента, површине раста, размака површине материјала и притиска раста, његова предност је што је његов процес релативно зрео, сировине се лако производе, цена је ниска, али процес раста ПВТ методу је тешко уочити, брзина раста кристала је 0,2-0,4 мм/х, тешко је узгајати кристале велике дебљине (>50 мм). Након деценија континуираних напора, тренутно тржиште за СиЦ супстратне плочице које се узгајају ПВТ методом је веома велико, а годишња производња СиЦ супстратних плочица може достићи стотине хиљада вафла, а његова величина се постепено мења од 4 инча до 6 инча. , и развио је 8 инча узорака СиЦ супстрата.
пето,Метода хемијског таложења на високим температурама
Високотемпературно хемијско таложење паре (ХТЦВД) је побољшана метода заснована на хемијском таложењу паре (ЦВД). Метода је први пут предложена 1995. године од стране Кордина ет ал., Универзитет Линкопинг, Шведска.
Дијаграм структуре раста је приказан на слици:
Аксијална и радијална температурна поља могу се контролисати контролисањем спољних услова топлотне изолације графитног лончића. СиЦ прах се поставља на дно графитног лончића са вишом температуром, а СиЦ семенски кристал је фиксиран на врху графитног лончића са нижом температуром. Растојање између праха и семена се генерално контролише на десетине милиметара како би се избегао контакт између растућег монокристала и праха. Температурни градијент је обично у опсегу од 15-35℃/цм. Инертни гас од 50-5000 Па се држи у пећи ради повећања конвекције. На овај начин, након што се СиЦ прах загреје на 2000-2500 ℃ индукционим загревањем, СиЦ прах ће сублимирати и разложити се на Си, Си2Ц, СиЦ2 и друге компоненте паре, и транспортовати до краја семена конвекцијом гаса, а Кристал СиЦ се кристалише на кристалу за семе да би се постигао раст појединачних кристала. Његова типична стопа раста је 0,1-2 мм/х.
ПВТ процес се фокусира на контролу температуре раста, температурног градијента, површине раста, размака површине материјала и притиска раста, његова предност је што је његов процес релативно зрео, сировине се лако производе, цена је ниска, али процес раста ПВТ методу је тешко уочити, брзина раста кристала је 0,2-0,4 мм/х, тешко је узгајати кристале велике дебљине (>50 мм). Након деценија континуираних напора, тренутно тржиште за СиЦ супстратне плочице које се узгајају ПВТ методом је веома велико, а годишња производња СиЦ супстратних плочица може достићи стотине хиљада вафла, а његова величина се постепено мења од 4 инча до 6 инча. , и развио је 8 инча узорака СиЦ супстрата.
пето,Метода хемијског таложења на високим температурама
Високотемпературно хемијско таложење паре (ХТЦВД) је побољшана метода заснована на хемијском таложењу паре (ЦВД). Метода је први пут предложена 1995. године од стране Кордина ет ал., Универзитет Линкопинг, Шведска.
Дијаграм структуре раста је приказан на слици:
Када се кристал СиЦ узгаја методом течне фазе, температура и расподела конвекције унутар помоћног раствора су приказани на слици:
Види се да је температура у близини зида лончића у помоћном раствору виша, док је температура на кристалу семена нижа. Током процеса раста, графитни лончић обезбеђује извор Ц за раст кристала. Пошто је температура на зиду лончића висока, растворљивост Ц је велика, а брзина растварања брза, велика количина Ц ће се растворити на зиду лончића да би се формирао засићени раствор Ц. Ови раствори са великом количином растворени Ц ће се транспортовати у доњи део кристала за семе конвекцијом унутар помоћног раствора. Због ниске температуре краја кристала семена, растворљивост одговарајућег Ц опада на одговарајући начин, а оригинални раствор Ц-засићени постаје презасићени раствор Ц након што се пренесе на крај ниске температуре под овим условима. Супрататурисани Ц у раствору у комбинацији са Си у помоћном раствору може да развије кристал СиЦ епитаксијално на кристалу семена. Када се суперфорирани део Ц исталожи, раствор се конвекцијом враћа на крај зида лончића са високом температуром и поново раствара Ц да би се формирао засићени раствор.
Цео процес се понавља, а кристал СиЦ расте. У процесу раста течне фазе, растварање и таложење Ц у раствору је веома важан индекс напредовања раста. Да би се обезбедио стабилан раст кристала, неопходно је одржавати равнотежу између растварања Ц на зиду лончића и таложења на крају семена. Ако је растварање Ц веће од преципитације Ц, онда се Ц у кристалу постепено обогаћује и долази до спонтане нуклеације СиЦ. Ако је растварање Ц мање од преципитације Ц, раст кристала ће бити тешко извести због недостатка растворене супстанце.
Истовремено, транспорт Ц конвекцијом такође утиче на снабдевање Ц током раста. Да би се узгајали кристали СиЦ довољно доброг квалитета кристала и довољне дебљине, потребно је обезбедити равнотежу горња три елемента, што у великој мери повећава потешкоће раста течне фазе СиЦ. Међутим, са постепеним унапређењем и унапређењем сродних теорија и технологија, постепено ће се показивати предности раста течне фазе кристала СиЦ.
Тренутно се у Јапану може постићи раст течне фазе 2-инчних СиЦ кристала, а такође се развија и раст течне фазе кристала од 4 инча. Релевантна домаћа истраживања за сада нису дала добре резултате, те је неопходно пратити релевантни истраживачки рад.
седмо, Физичка и хемијска својства кристала СиЦ
(1) Механичка својства: СиЦ кристали имају изузетно високу тврдоћу и добру отпорност на хабање. Његова тврдоћа по Мохс-у је између 9,2 и 9,3, а тврдоћа по Крит-у између 2900 и 3100 кг/мм2, што је друго након дијамантских кристала међу материјалима који су откривени. Због одличних механичких својстава СиЦ, СиЦ у праху се често користи у индустрији сечења или млевења, са годишњом потражњом до милиона тона. Премаз отпоран на хабање на неким радним предметима ће такође користити СиЦ премаз, на пример, премаз отпоран на хабање на неким ратним бродовима се састоји од СиЦ премаза.
(2) Топлотна својства: топлотна проводљивост СиЦ може да достигне 3-5 В/цм·К, што је 3 пута више од традиционалног полупроводника Си и 8 пута веће од ГаАс. Производња топлоте уређаја припремљеног од СиЦ може се брзо одвести, тако да су захтеви за услове дисипације топлоте СиЦ уређаја релативно лабави и погоднији је за припрему уређаја велике снаге. СиЦ има стабилна термодинамичка својства. У условима нормалног притиска, СиЦ ће се директно разложити у пару која садржи Си и Ц на вишим.
(3) Хемијска својства: СиЦ има стабилна хемијска својства, добру отпорност на корозију и не реагује ни са једном познатом киселином на собној температури. СиЦ смештен у ваздуху дуже време ће полако формирати танак слој густог СиО2, спречавајући даље реакције оксидације. Када температура порасте на више од 1700℃, танки слој СиО2 се топи и брзо оксидира. СиЦ може да прође спору реакцију оксидације са растопљеним оксидантима или базама, а СиЦ плочице су обично кородиране у растопљеном КОХ и На2О2 да би се окарактерисала дислокација у кристалима СиЦ.
(4) Електрична својства: СиЦ као репрезентативни материјал за полупроводнике са широким појасом, 6Х-СиЦ и 4Х-СиЦ ширине појасног размака су 3,0 еВ и 3,2 еВ респективно, што је 3 пута више од Си и 2 пута веће од ГаАс. Полупроводнички уређаји направљени од СиЦ имају мању струју цурења и веће пробојно електрично поље, па се СиЦ сматра идеалним материјалом за уређаје велике снаге. Засићена покретљивост електрона СиЦ је такође 2 пута већа од СиЦ, а такође има очигледне предности у припреми високофреквентних уређаја. Кристали П-типа СиЦ или Н-типа СиЦ кристали се могу добити допирањем атома нечистоћа у кристалима. Тренутно су кристали СиЦ П-типа углавном допирани Ал, Б, Бе, О, Га, Сц и другим атомима, а сиц кристали Н-типа су углавном допирани Н атомима. Разлика у концентрацији и врсти допинга ће имати велики утицај на физичка и хемијска својства СиЦ. У исто време, слободни носач се може закуцати допингом дубоког нивоа као што је В, отпорност се може повећати и може се добити полуизолациони кристал СиЦ.
(5) Оптичка својства: Због релативно широког појаса, недопирани СиЦ кристал је безбојан и провидан. Допирани СиЦ кристали показују различите боје због својих различитих својстава, на пример, 6Х-СиЦ је зелен након допинга Н; 4Х-СиЦ је браон. 15Р-СиЦ је жут. Допиран са Ал, 4Х-СиЦ изгледа плаво. То је интуитивна метода за разликовање типа кристала СиЦ посматрањем разлике у боји. Уз континуирано истраживање у областима везаним за СиЦ у протеклих 20 година, направљени су велики помаци у сродним технологијама.
осмо,Увођење статуса развоја СиЦ
Тренутно, СиЦ индустрија постаје све савршенија, од подлоге, епитаксијалне плочице до производње уређаја, паковања, цео индустријски ланац је сазрео и може да испоручује производе повезане са СиЦ на тржишту.
Црее је лидер у индустрији раста кристала СиЦ са водећом позицијом у величини и квалитету плочица за СиЦ супстрат. Црее тренутно производи 300.000 чипова СиЦ супстрата годишње, што чини више од 80% глобалних испорука.
У септембру 2019. године, Црее је најавио да ће изградити ново постројење у држави Њујорк, САД, које ће користити најнапреднију технологију за узгој 200 мм пречника снаге и РФ СиЦ подлоге, што указује да је његова технологија припреме материјала од 200 мм СиЦ супстрата имала постати зрелији.
Тренутно, главни производи СиЦ супстратних чипова на тржишту су углавном 4Х-СиЦ и 6Х-СиЦ проводљиви и полуизоловани типови од 2-6 инча.
У октобру 2015. године, Црее је био први који је лансирао 200 мм СиЦ подлоге за Н-тип и ЛЕД, што је означило почетак 8-инчних СиЦ супстратних плочица на тржишту.
У 2016, Ромм је почео да спонзорише Вентури тим и био је први који је користио комбинацију ИГБТ + СиЦ СБД у аутомобилу да замени ИГБТ + Си ФРД решење у традиционалном инвертору од 200 кВ. Након побољшања, тежина претварача је смањена за 2 кг, а величина је смањена за 19% уз задржавање исте снаге.
У 2017. години, након даљег усвајања СиЦ МОС + СиЦ СБД, не само да је тежина смањена за 6 кг, већ је и величина смањена за 43%, а снага инвертора је такође повећана са 200 кВ на 220 кВ.
Након што је Тесла усвојио уређаје засноване на СИЦ-у у главним погонским претварачима својих производа Модел 3 2018. године, ефекат демонстрације је брзо појачан, чинећи кЕВ аутомобилско тржиште ускоро извором узбуђења за СиЦ тржиште. Са успешном применом СиЦ-а, његова сродна тржишна вредност је такође брзо порасла.
девето,Закључак:
Уз континуирано унапређење индустријских технологија повезаних са СиЦ, његов принос и поузданост ће бити додатно побољшани, цена СиЦ уређаја ће такође бити смањена, а тржишна конкурентност СиЦ ће бити очигледнија. У будућности, СиЦ уређаји ће се све више користити у различитим областима као што су аутомобили, комуникације, електричне мреже и транспорт, а тржиште производа ће бити шире, а величина тржишта ће се даље ширити, постајући важна подршка националном привреда.
Време поста: 25.01.2024