Ikaupat, ang Pisikal nga paagi sa pagbalhin sa singaw
Angpisikal nga transportasyon sa singaw (PVT)Ang pamaagi naggikan sa vapor phase sublimation technology nga giimbento ni Lely niadtong 1955. Ang SiC powder gibutang sa usa ka graphite tube ug gipainit sa taas nga temperatura aron madugta ug ma-sublimate ang SiC powder, ug dayon ang graphite tube gipabugnaw. Human sa pagkadunot sa SiC powder, ang mga sangkap sa vapor phase gideposito ug gikristal ngadto sa SiC nga mga kristal sa palibot sa graphite tube. Bisan kung kini nga pamaagi nagpalisud sa pagkuha sa dagkong gidak-on nga SiC nga single nga mga kristal, ug ang proseso sa pagdeposito sa graphite tube lisud kontrolahon, naghatag kini og mga ideya alang sa sunod nga mga tigdukiduki.
Ym Terairov ug uban pa. sa Russia gipaila ang konsepto sa mga kristal sa binhi niini nga basehan ug gisulbad ang problema sa dili makontrol nga kristal nga porma ug posisyon sa nucleation sa SiC nga mga kristal. Ang misunod nga mga tigdukiduki nagpadayon sa pag-uswag ug sa kadugayan nagpalambo sa pisikal nga gas phase transport (PVT) nga pamaagi sa paggamit sa industriya karon.
Ingon ang labing una nga pamaagi sa pagtubo sa kristal nga SiC, ang pamaagi sa pagbalhin sa pisikal nga singaw mao ang labing panguna nga pamaagi sa pagtubo alang sa pagtubo sa kristal nga SiC. Kung itandi sa ubang mga pamaagi, ang pamaagi adunay ubos nga mga kinahanglanon alang sa mga kagamitan sa pagtubo, usa ka yano nga proseso sa pagtubo, lig-on nga pagkontrol, hingpit nga pag-uswag, ug panukiduki, ug nakaamgo sa aplikasyon sa industriya. Ang istruktura sa kristal nga gipatubo sa karon nga mainstream nga pamaagi sa PVT gipakita sa numero.
Ang axial ug radial nga mga natad sa temperatura mahimong makontrol pinaagi sa pagkontrol sa mga kondisyon sa gawas nga thermal insulation sa graphite crucible. Ang SiC powder gibutang sa ubos sa graphite crucible nga adunay mas taas nga temperatura, ug ang SiC seed crystal gibutang sa ibabaw sa graphite crucible sa mas ubos nga temperatura. Ang gilay-on tali sa powder ug sa liso kasagarang kontrolado nga napulo ka milimetro aron malikayan ang pagkontak tali sa nagtubo nga kristal ug sa powder. Ang gradient sa temperatura kasagaran anaa sa han-ay sa 15-35 ℃/cm. Usa ka inert gas nga 50-5000 Pa ang gitipigan sa hudno aron madugangan ang kombeksyon. Niining paagiha, human ang SiC powder gipainit ngadto sa 2000-2500 ℃ pinaagi sa pagpainit sa induction, ang SiC powder mag-sublimate ug madugta ngadto sa Si, Si2C, SiC2 ug uban pang mga sangkap sa alisngaw, ug dad-on ngadto sa tumoy sa binhi nga adunay gas convection, ug ang Ang SiC nga kristal gi-kristal sa binhi nga kristal aron makab-ot ang usa ka kristal nga pagtubo. Ang kasagaran nga rate sa pagtubo niini mao ang 0.1-2mm / h.
Ang proseso sa PVT nagpunting sa pagkontrol sa temperatura sa pagtubo, gradient sa temperatura, pagtubo sa nawong, materyal nga gilay-on sa ibabaw, ug presyur sa pagtubo, ang bentaha niini mao nga ang proseso niini medyo hamtong, ang mga hilaw nga materyales dali nga makagama, ang gasto gamay, apan ang proseso sa pagtubo sa PVT nga pamaagi mao ang lisud nga sa pag-obserbar, kristal pagtubo rate sa 0.2-0.4mm/h, kini mao ang lisud nga sa pagtubo kristal uban sa dako nga gibag-on (> 50mm). Pagkahuman sa mga dekada nga padayon nga mga paningkamot, ang karon nga merkado alang sa SiC substrate wafers nga gipatubo sa pamaagi sa PVT dako kaayo, ug ang tinuig nga output sa SiC substrate wafers mahimong moabot sa gatusan ka libo nga mga wafer, ug ang gidak-on niini anam-anam nga nagbag-o gikan sa 4 pulgada hangtod 6 pulgada, ug nakaugmad ug 8 ka pulgada nga mga sample sa SiC substrate.
Ikalima, High-temperatura nga kemikal nga alisngaw nga pamaagi sa pagdeposito
Ang High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD) usa ka gipaayo nga pamaagi base sa Chemical Vapor Deposition (CVD). Ang pamaagi unang gisugyot niadtong 1995 ni Kordina et al., Linkoping University, Sweden.
Ang diagram sa istruktura sa pagtubo gipakita sa numero:
Ang axial ug radial nga mga natad sa temperatura mahimong makontrol pinaagi sa pagkontrol sa mga kondisyon sa gawas nga thermal insulation sa graphite crucible. Ang SiC powder gibutang sa ubos sa graphite crucible nga adunay mas taas nga temperatura, ug ang SiC seed crystal gibutang sa ibabaw sa graphite crucible sa mas ubos nga temperatura. Ang gilay-on tali sa powder ug sa liso kasagarang kontrolado nga napulo ka milimetro aron malikayan ang pagkontak tali sa nagtubo nga kristal ug sa powder. Ang gradient sa temperatura kasagaran anaa sa han-ay sa 15-35 ℃/cm. Usa ka inert gas nga 50-5000 Pa ang gitipigan sa hudno aron madugangan ang kombeksyon. Niining paagiha, human ang SiC powder gipainit ngadto sa 2000-2500 ℃ pinaagi sa pagpainit sa induction, ang SiC powder mag-sublimate ug madugta ngadto sa Si, Si2C, SiC2 ug uban pang mga sangkap sa alisngaw, ug dad-on ngadto sa tumoy sa binhi nga adunay gas convection, ug ang Ang SiC nga kristal gi-kristal sa binhi nga kristal aron makab-ot ang usa ka kristal nga pagtubo. Ang kasagaran nga rate sa pagtubo niini mao ang 0.1-2mm / h.
Ang proseso sa PVT nagpunting sa pagkontrol sa temperatura sa pagtubo, gradient sa temperatura, pagtubo sa nawong, materyal nga gilay-on sa ibabaw, ug presyur sa pagtubo, ang bentaha niini mao nga ang proseso niini medyo hamtong, ang mga hilaw nga materyales dali nga makagama, ang gasto gamay, apan ang proseso sa pagtubo sa PVT nga pamaagi mao ang lisud nga sa pag-obserbar, kristal pagtubo rate sa 0.2-0.4mm/h, kini mao ang lisud nga sa pagtubo kristal uban sa dako nga gibag-on (> 50mm). Pagkahuman sa mga dekada nga padayon nga mga paningkamot, ang karon nga merkado alang sa SiC substrate wafers nga gipatubo sa pamaagi sa PVT dako kaayo, ug ang tinuig nga output sa SiC substrate wafers mahimong moabot sa gatusan ka libo nga mga wafer, ug ang gidak-on niini anam-anam nga nagbag-o gikan sa 4 pulgada hangtod 6 pulgada, ug nakaugmad ug 8 ka pulgada nga mga sample sa SiC substrate.
Kung ang kristal nga SiC gipatubo sa pamaagi sa likido nga hugna, ang temperatura ug pag-apod-apod sa kombeksyon sa sulod sa auxiliary nga solusyon gipakita sa numero:
Makita nga ang temperatura duol sa crucible wall sa auxiliary solution mas taas, samtang ang temperatura sa seed crystal mas ubos. Atol sa proseso sa pagtubo, ang graphite crucible naghatag ug C tinubdan alang sa pagtubo sa kristal. Tungod kay ang temperatura sa crucible wall taas, ang solubility sa C dako, ug ang dissolution rate paspas, usa ka dako nga kantidad sa C ang matunaw sa crucible wall aron maporma ang usa ka saturated solution sa C. Kini nga mga solusyon nga adunay dako nga kantidad. sa C dissolved dad-on ngadto sa ubos nga bahin sa binhi kristal pinaagi sa convection sulod sa auxiliary solusyon. Tungod sa ubos nga temperatura sa kristal nga katapusan sa binhi, ang solubility sa katugbang nga C mikunhod nga katumbas, ug ang orihinal nga C-saturated nga solusyon nahimong supersaturated nga solusyon sa C human ibalhin ngadto sa ubos nga temperatura nga katapusan ubos niini nga kondisyon. Supersaturated C sa solusyon inubanan sa Si sa auxiliary solusyon mahimong motubo SiC kristal epitaxial sa binhi kristal. Sa diha nga ang perforated nga bahin sa C precipitates, ang solusyon mobalik ngadto sa taas nga temperatura nga tumoy sa crucible bungbong uban sa convection ug dissolves C pag-usab sa pagporma sa usa ka saturated solusyon.
Ang tibuok proseso gisubli, ug ang SiC nga kristal mitubo. Sa proseso sa pagtubo sa bahin sa likido, ang pagkatunaw ug pag-ulan sa C sa solusyon usa ka hinungdanon nga indeks sa pag-uswag sa pagtubo. Aron maseguro ang lig-on nga pagtubo sa kristal, gikinahanglan ang pagmentinar sa balanse tali sa pagkatunaw sa C sa crucible wall ug sa ulan sa tumoy sa binhi. Kung ang pagkatunaw sa C mas dako kaysa sa pag-ulan sa C, nan ang C sa kristal anam-anam nga mapauswag, ug mahitabo ang kusog nga nucleation sa SiC. Kung ang dissolution sa C mas gamay kaysa sa ulan sa C, ang pagtubo sa kristal mahimong lisud nga buhaton tungod sa kakulang sa solute.
Sa samang higayon, ang transportasyon sa C pinaagi sa convection makaapekto usab sa suplay sa C sa panahon sa pagtubo. Aron motubo ang mga kristal nga SiC nga adunay igo nga kalidad nga kristal ug igo nga gibag-on, gikinahanglan aron masiguro ang balanse sa nahisgutan nga tulo nga mga elemento, nga labi nga nagdugang ang kalisud sa pagtubo sa SiC liquid phase. Bisan pa, sa anam-anam nga pag-uswag ug pag-uswag sa mga may kalabutan nga mga teorya ug teknolohiya, ang mga bentaha sa pagtubo sa likido nga hugna sa mga kristal nga SiC hinayhinay nga magpakita.
Sa pagkakaron, ang liquid phase nga pagtubo sa 2-pulgada nga SiC nga mga kristal mahimong makab-ot sa Japan, ug ang liquid phase nga pagtubo sa 4-pulgada nga mga kristal gipalambo usab. Sa pagkakaron, ang may kalabutan nga lokal nga panukiduki wala makakita og maayo nga mga resulta, ug gikinahanglan ang pag-follow up sa may kalabutan nga panukiduki nga trabaho.
Ikapito, Pisikal ug kemikal nga mga kabtangan sa mga kristal nga SiC
(1) Mga mekanikal nga kabtangan: Ang mga kristal sa SiC adunay labi ka taas nga katig-a ug maayo nga pagsukol sa pagsul-ob. Ang katig-a sa Mohs anaa sa taliwala sa 9.2 ug 9.3, ug ang katig-a sa Krit niini tali sa 2900 ug 3100Kg/mm2, nga ikaduha lamang sa mga kristal nga diamante sa mga materyales nga nadiskobrehan. Tungod sa maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan sa SiC, ang powder SiC kanunay nga gigamit sa pagputol o paggaling sa industriya, nga adunay tinuig nga panginahanglan nga hangtod sa milyon-milyon nga tonelada. Ang wear-resistant coating sa pipila ka workpieces mogamit usab sa SiC coating, pananglitan, ang wear-resistant coating sa pipila ka mga barkong iggugubat gilangkuban sa SiC coating.
(2) Thermal properties: Ang thermal conductivity sa SiC mahimong moabot sa 3-5 W/cm·K, nga 3 ka pilo sa tradisyonal nga semiconductor Si ug 8 ka beses sa GaAs. Ang paghimo sa kainit sa aparato nga giandam sa SiC mahimong dali nga madala, mao nga ang mga kinahanglanon sa mga kondisyon sa pagwagtang sa kainit sa aparato sa SiC medyo luag, ug kini mas angay alang sa pag-andam sa mga high-power nga aparato. Ang SiC adunay lig-on nga thermodynamic nga mga kabtangan. Ubos sa normal nga kahimtang sa presyur, ang SiC direkta nga madunot sa usa ka alisngaw nga adunay Si ug C sa mas taas.
(3) Mga kabtangan sa kemikal: Ang SiC adunay lig-on nga kemikal nga mga kabtangan, maayo nga pagsukol sa kaagnasan, ug wala’y reaksyon sa bisan unsang nahibal-an nga acid sa temperatura sa kwarto. Ang SiC nga gibutang sa hangin sa dugay nga panahon hinayhinay nga maporma ang usa ka nipis nga layer sa dasok nga SiO2, nga makapugong sa dugang nga mga reaksyon sa oksihenasyon. Sa diha nga ang temperatura mosaka ngadto sa labaw pa kay sa 1700 ℃, ang SiO2 manipis nga layer matunaw ug oxidizes paspas. Ang SiC mahimong moagi sa usa ka hinay nga reaksyon sa oksihenasyon nga adunay mga tinunaw nga mga oxidant o mga base, ug ang mga wafer sa SiC kasagarang madugta sa tinunaw nga KOH ug Na2O2 aron mailhan ang dislokasyon sa mga kristal sa SiC.
(4) Mga kabtangan sa elektrikal: Ang SiC isip usa ka representante nga materyal sa lapad nga bandgap semiconductors, 6H-SiC, ug 4H-SiC bandgap widths mao ang 3.0 eV ug 3.2 eV matag usa, nga 3 ka beses nga sa Si ug 2 ka beses sa GaAs. Ang mga aparato sa semiconductor nga hinimo sa SiC adunay mas gagmay nga mga sulog sa pagtulo ug mas daghang pagkaguba sa mga natad sa kuryente, mao nga ang SiC giisip nga usa ka sulundon nga materyal alang sa mga high-power nga aparato. Ang saturated electron mobility sa SiC usab 2 ka beses nga mas taas kaysa sa Si, ug kini usab adunay klaro nga mga bentaha sa pag-andam sa mga high-frequency device. Ang P-type nga SiC nga mga kristal o N-type nga SiC nga mga kristal mahimong makuha pinaagi sa doping sa mga atomo sa kahugawan sa mga kristal. Sa pagkakaron, ang P-type nga SiC nga mga kristal kasagarang doped sa Al, B, Be, O, Ga, Sc, ug uban pang mga atomo, ug ang N-type nga sic nga mga kristal kay kasagarang doped sa N atoms. Ang kalainan sa konsentrasyon ug tipo sa doping adunay dakong epekto sa pisikal ug kemikal nga mga kabtangan sa SiC. Sa parehas nga oras, ang libre nga carrier mahimong ilansang sa lawom nga lebel nga doping sama sa V, ang resistivity mahimong madugangan, ug makuha ang semi-insulating SiC nga kristal.
(5) Optical nga mga kabtangan: Tungod sa medyo lapad nga gintang sa banda, ang undoped SiC nga kristal walay kolor ug transparent. Ang doped SiC kristal nagpakita sa lain-laing mga kolor tungod sa ilang lain-laing mga kabtangan, alang sa panig-ingnan, 6H-SiC berde human sa doping N; Ang 4H-SiC kay brown. Dilaw ang 15R-SiC. Doped uban sa Al, 4H-SiC makita asul. Kini usa ka intuitive nga pamaagi aron mailhan ang klase sa kristal nga SiC pinaagi sa pag-obserbar sa kalainan sa kolor. Uban sa padayon nga panukiduki sa mga natad nga may kalabotan sa SiC sa miaging 20 ka tuig, daghang mga kalampusan ang nahimo sa mga may kalabotan nga teknolohiya.
Ikawalo, Pagpaila sa kahimtang sa pagpalambo sa SiC
Sa pagkakaron, ang industriya sa SiC nahimong mas hingpit, gikan sa substrate wafers,ugepitaxialmga ostiyasa paghimo sa aparato, ug pagputos, ang tibuuk nga kadena sa industriya nahamtong, ug kini makahatag mga produkto nga may kalabotan sa SiC sa merkado.
Ang Cree usa ka nanguna sa industriya sa pagtubo sa kristal sa SiC nga adunay nanguna nga posisyon sa parehas nga gidak-on ug kalidad sa mga wafer sa substrate sa SiC. Ang Cree sa pagkakaron naghimo og 300,000 SiC substrate chips kada tuig, nga nagkantidad og labaw sa 80% sa tibuok kalibutan nga mga padala.
Kaniadtong Setyembre 2019, gipahibalo ni Cree nga magtukod kini usa ka bag-ong pasilidad sa New York State, USA, nga mogamit sa labing abante nga teknolohiya aron madugangan ang 200 mm diameter nga gahum ug RF SiC substrate wafer, nga nagpaila nga ang 200 mm SiC substrate nga teknolohiya sa pag-andam sa materyal adunay. mahimong mas hamtong.
Sa pagkakaron, ang mainstream nga mga produkto sa SiC substrate chips sa merkado kasagaran 4H-SiC ug 6H-SiC conductive ug semi-insulated nga matang sa 2-6 pulgada.
Niadtong Oktubre 2015, si Cree ang una nga naglansad sa 200 mm SiC substrate wafers alang sa N-type ug LED, nga nagtimaan sa pagsugod sa 8-pulgada nga SiC substrate wafer sa merkado.
Sa 2016, gisugdan ni Romm ang pag-sponsor sa Venturi team ug siya ang una nga naggamit sa kombinasyon sa IGBT + SiC SBD sa awto aron mapulihan ang solusyon sa IGBT + Si FRD sa tradisyonal nga 200 kW inverter. Pagkahuman sa pag-uswag, ang gibug-aton sa inverter mikunhod sa 2 kg ug ang gidak-on mikunhod sa 19% samtang gipadayon ang parehas nga gahum.
Sa 2017, pagkahuman sa dugang nga pagsagop sa SiC MOS + SiC SBD, dili lamang ang gibug-aton ang pagkunhod sa 6 kg, apan ang gidak-on mikunhod sa 43%, ug ang gahum sa inverter nadugangan usab gikan sa 200 kW hangtod 220 kW.
Pagkahuman gisagop ni Tesla ang mga aparato nga nakabase sa SIC sa mga nag-unang drive inverters sa mga produkto sa Model 3 sa 2018, ang epekto sa demonstrasyon paspas nga gipadako, nga naghimo sa xEV automotive market sa dili madugay usa ka gigikanan sa kahinam alang sa merkado sa SiC. Uban sa malampuson nga aplikasyon sa SiC, ang mga kalambigit nga kantidad sa output sa merkado paspas usab nga misaka.
Ikasiyam, Konklusyon:
Uban sa padayon nga pag-uswag sa mga teknolohiya sa industriya nga may kalabutan sa SiC, ang abot ug kasaligan niini labi nga mapauswag, ang presyo sa mga aparato sa SiC makunhuran usab, ug ang kompetisyon sa merkado sa SiC mahimong labi ka klaro. Sa umaabot, ang mga aparato sa SiC mas kaylap nga magamit sa lainlaing mga natad sama sa mga awto, komunikasyon, mga grids sa kuryente, ug transportasyon, ug ang merkado sa produkto mahimong labi ka lapad, ug ang gidak-on sa merkado labi nga mapalapad, mahimong usa ka hinungdanon nga suporta alang sa nasudnon. ekonomiya.
Oras sa pag-post: Ene-25-2024