An ceathramh, Modh gluasad bhalbhaichean corporra
Thàinig an dòigh còmhdhail bhalbhaichean corporra (PVT) bhon teicneòlas sublimation ìre vapor a chruthaich Lely ann an 1955. Tha am pùdar SiC air a chuir ann an tiùb grafait agus air a theasachadh gu teòthachd àrd gus am pùdar SiC a bhriseadh sìos agus a thoirt air falbh, agus an uairsin tha an tiùb grafait air fhuarachadh. Às deidh an pùdar SiC a bhith air a lobhadh, tha na pàirtean ìre bhalbhaichean air an tasgadh agus air an criostalachadh gu criostalan SiC timcheall air an tiùb grafait. Ged a tha an dòigh seo duilich criostalan singilte SiC de mheud mòr fhaighinn, agus gu bheil e duilich smachd a chumail air a ’phròiseas tasgaidh anns an tiùb grafait, tha e a’ toirt seachad bheachdan airson luchd-rannsachaidh às deidh sin.
Ym Terairov et al. anns an Ruis thug a-steach bun-bheachd criostalan sìl air a’ bhunait seo, agus dh ’fhuasgail e an duilgheadas a thaobh cumadh criostal neo-riaghlaidh agus suidheachadh nucleation criostalan SiC. Lean luchd-rannsachaidh às deidh sin a’ leasachadh agus mu dheireadh leasaich iad an dòigh còmhdhail ìre gas corporra (PVT) ann an cleachdadh gnìomhachais an-diugh.
Mar an dòigh fàis criostail SiC as tràithe, is e an dòigh gluasaid bhalbhaichean corporra an dòigh fàis as prìomh-shruthach airson fàs criostail SiC. An coimeas ri dòighean eile, tha an dòigh air riatanasan ìosal airson uidheamachd fàis, pròiseas fàs sìmplidh, smachd làidir, leasachadh mionaideach agus rannsachadh, agus tha e air cleachdadh gnìomhachais a choileanadh. Tha structar criostal air fhàs leis a’ mhodh gnàthach PVT gnàthach air a shealltainn san fhigear.
Faodar smachd a chumail air na raointean teodhachd aiseach agus radial le bhith a’ cumail smachd air suidheachaidhean insulation teirmeach taobh a-muigh a’ bhreabadair grafait. Tha am pùdar SiC air a chuir aig bonn a’ ghraifit le teodhachd nas àirde, agus tha an criostal sìl SiC air a shuidheachadh aig mullach a’ ghraifit le teodhachd nas ìsle. Tha an astar eadar am pùdar agus an t-sìol mar as trice air a smachdachadh gu bhith deichean millimeters gus conaltradh eadar an aon chriostal a tha a’ fàs agus am pùdar a sheachnadh. Tha an caisead teòthachd mar as trice anns an raon de 15-35 ℃ / cm. Tha gas inert de 50-5000 Pa air a chumail anns an fhùirneis gus convection àrdachadh. San dòigh seo, às deidh don phùdar SiC a bhith air a theasachadh gu 2000-2500 ℃ le teasachadh inntrigidh, bidh am pùdar SiC sublimate agus a ’lobhadh a-steach do Si, Si2C, SiC2 agus co-phàirtean vapor eile, agus thèid a ghiùlan chun deireadh sìol le convection gas, agus an Tha criostal SiC air a chriostalachadh air a’ chriostail sìl gus fàs criostail singilte a choileanadh. Is e an ìre fàis àbhaisteach aige 0.1-2mm / h.
Tha pròiseas PVT ag amas air smachd a chumail air teòthachd fàis, caisead teòthachd, uachdar fàis, farsaingeachd uachdar stuthan agus cuideam fàis, is e a ’bhuannachd a th’ ann gu bheil am pròiseas aige an ìre mhath aibidh, tha stuthan amh furasta an toirt a-mach, tha a ’chosgais ìosal, ach tha am pròiseas fàis de Tha e duilich modh PVT fhaicinn, ìre fàis criostail de 0.2-0.4mm / h, tha e duilich criostalan fhàs le tiugh mòr (> 50mm). Às deidh deicheadan de dh ’oidhirpean leantainneach, tha a’ mhargaidh gnàthach airson wafers substrate SiC a chaidh fhàs le modh PVT air a bhith gu math mòr, agus faodaidh toradh bliadhnail wafers substrate SiC ruighinn ceudan de mhìltean de wafers, agus tha a mheud ag atharrachadh mean air mhean bho 4 òirleach gu 6 òirleach. , agus tha e air 8 òirlich de shampaill substrate SiC a leasachadh.
An còigeamh,Modh tasgaidh cheimigeach teòthachd àrd
Tha tasgadh bhalbhaichean ceimigeach aig teòthachd àrd (HTCVD) na dhòigh leasaichte stèidhichte air tasgadh ceò ceimigeach (CVD). Chaidh an dòigh a mholadh an toiseach ann an 1995 le Kordina et al., Oilthigh Linkoping, an t-Suain.
Tha an diagram structar fàis air a shealltainn anns an fhigear:
Faodar smachd a chumail air na raointean teodhachd aiseach agus radial le bhith a’ cumail smachd air suidheachaidhean insulation teirmeach taobh a-muigh a’ bhreabadair grafait. Tha am pùdar SiC air a chuir aig bonn a’ ghraifit le teodhachd nas àirde, agus tha an criostal sìl SiC air a shuidheachadh aig mullach a’ ghraifit le teodhachd nas ìsle. Tha an astar eadar am pùdar agus an t-sìol mar as trice air a smachdachadh gu bhith deichean millimeters gus conaltradh eadar an aon chriostal a tha a’ fàs agus am pùdar a sheachnadh. Tha an caisead teòthachd mar as trice anns an raon de 15-35 ℃ / cm. Tha gas inert de 50-5000 Pa air a chumail anns an fhùirneis gus convection àrdachadh. San dòigh seo, às deidh don phùdar SiC a bhith air a theasachadh gu 2000-2500 ℃ le teasachadh inntrigidh, bidh am pùdar SiC sublimate agus a ’lobhadh a-steach do Si, Si2C, SiC2 agus co-phàirtean vapor eile, agus thèid a ghiùlan chun deireadh sìol le convection gas, agus an Tha criostal SiC air a chriostalachadh air a’ chriostail sìl gus fàs criostail singilte a choileanadh. Is e an ìre fàis àbhaisteach aige 0.1-2mm / h.
Tha pròiseas PVT ag amas air smachd a chumail air teòthachd fàis, caisead teòthachd, uachdar fàis, farsaingeachd uachdar stuthan agus cuideam fàis, is e a ’bhuannachd a th’ ann gu bheil am pròiseas aige an ìre mhath aibidh, tha stuthan amh furasta an toirt a-mach, tha a ’chosgais ìosal, ach tha am pròiseas fàis de Tha e duilich modh PVT fhaicinn, ìre fàis criostail de 0.2-0.4mm / h, tha e duilich criostalan fhàs le tiugh mòr (> 50mm). Às deidh deicheadan de dh ’oidhirpean leantainneach, tha a’ mhargaidh gnàthach airson wafers substrate SiC a chaidh fhàs le modh PVT air a bhith gu math mòr, agus faodaidh toradh bliadhnail wafers substrate SiC ruighinn ceudan de mhìltean de wafers, agus tha a mheud ag atharrachadh mean air mhean bho 4 òirleach gu 6 òirleach. , agus tha e air 8 òirlich de shampaill substrate SiC a leasachadh.
An còigeamh,Modh tasgaidh cheimigeach teòthachd àrd
Tha tasgadh bhalbhaichean ceimigeach aig teòthachd àrd (HTCVD) na dhòigh leasaichte stèidhichte air tasgadh ceò ceimigeach (CVD). Chaidh an dòigh a mholadh an toiseach ann an 1995 le Kordina et al., Oilthigh Linkoping, an t-Suain.
Tha an diagram structar fàis air a shealltainn anns an fhigear:
Nuair a thèid an criostal SiC fhàs le modh ìre liùlach, tha an teòthachd agus cuairteachadh convection taobh a-staigh an fhuasgladh taice air a shealltainn san fhigear:
Chìthear gu bheil an teòthachd faisg air a 'bhalla crucible anns an fhuasgladh cuideachaidh nas àirde, fhad' sa tha an teòthachd aig a 'chriostail sìol nas ìsle. Rè a 'phròiseas fàis, tha an crucible grafait a' toirt seachad stòr C airson fàs criostail. Leis gu bheil an teòthachd aig a 'bhalla ceusaidh àrd, tha an solubility C mòr, agus tha an ìre fuasglaidh luath, thèid tòrr C a sgaoileadh aig a' bhalla ceusaidh gus fuasgladh shàthaichte de C a chruthachadh. de C sgaoilte air a ghiùlan chun phàirt ìosal de na criostalan sìl le convection taobh a-staigh an fhuasgladh cuideachaidh. Mar thoradh air teòthachd ìosal crìoch criostal an t-sìl, bidh solubility an C co-fhreagarrach a ’dol sìos a rèir sin, agus bidh am fuasgladh C-sàthaichte tùsail gu bhith na fhuasgladh saobh-shàthaichte de C às deidh dha a bhith air a ghluasad chun cheann teòthachd ìosal fon chumha seo. Faodaidh suprataturated C ann am fuasgladh còmhla ri Si ann am fuasgladh cuideachaidh fàs criostail SiC epitaxial air criostal sìl. Nuair a thig am pàirt superforated de C a-mach, tillidh am fuasgladh gu ceann àrd-teòthachd a’ bhalla bhreug le convection, agus leagh C a-rithist gus fuasgladh shàthaichte a chruthachadh.
Bidh am pròiseas gu lèir ag ath-aithris, agus bidh criostal SiC a’ fàs. Ann am pròiseas fàs ìre leaghaidh, tha sgaoileadh agus sileadh C ann am fuasgladh na chlàr-amais fìor chudromach de adhartas fàis. Gus dèanamh cinnteach gum bi fàs criostail seasmhach, feumar cothromachadh a chumail eadar sgaoileadh C aig a 'bhalla ceusaidh agus an sileadh aig deireadh an t-sìl. Ma tha an sgaoileadh C nas motha na sileadh C, bidh an C anns a’ chriostail air a bheairteachadh mean air mhean, agus bidh nucleation SiC gun spionnadh a’ tachairt. Ma tha an sgaoileadh C nas lugha na sileadh C, bidh e duilich fàs criostail a dhèanamh air sgàth dìth solute.
Aig an aon àm, bidh còmhdhail C le convection cuideachd a’ toirt buaidh air solar C rè fàs. Gus criostalan SiC fhàs le càileachd criostail math gu leòr agus tiugh gu leòr, feumar dèanamh cinnteach à cothromachadh nan trì eileamaidean gu h-àrd, a tha gu mòr a’ meudachadh duilgheadas fàs ìre leaghaidh SiC. Ach, le leasachadh mean air mhean agus leasachadh air teòiridhean agus teicneòlasan co-cheangailte, bidh na buannachdan bho fhàs ìre leaghaidh de chriostalan SiC a’ nochdadh mean air mhean.
Aig an àm seo, faodar fàs ìre leaghaidh de chriostalan SiC 2-òirleach a choileanadh ann an Iapan, agus thathas cuideachd a’ leasachadh fàs ìre leaghaidh de chriostalan 4-òirleach. Aig an àm seo, chan eil an rannsachadh dachaigheil iomchaidh air deagh thoraidhean fhaicinn, agus feumar leantainn air adhart leis an obair rannsachaidh iomchaidh.
An t-seachdamh, Feartan fiosaigeach agus ceimigeach criostalan SiC
(1) Feartan meacanaigeach: Tha cruas fìor àrd aig criostalan SiC agus deagh chaitheamh caitheamh. Tha cruas Mohs eadar 9.2 agus 9.3, agus tha a chruas Krit eadar 2900 agus 3100Kg / mm2, a tha san dàrna àite a-mhàin do chriostalan daoimean am measg stuthan a chaidh a lorg. Mar thoradh air na feartan meacanaigeach sàr-mhath aig SiC, bidh pùdar SiC gu tric air a chleachdadh anns a’ ghnìomhachas gearraidh no bleith, le iarrtas bliadhnail suas ri milleanan de thunnaichean. Bidh an còmhdach caitheamh-dhìonach air cuid de dh’ obair-obrach cuideachd a’ cleachdadh còmhdach SiC, mar eisimpleir, tha an còmhdach dìon-caitheamh air cuid de longan-cogaidh air a dhèanamh suas de chòmhdach SiC.
(2) Feartan teirmeach: faodaidh giùlan teirmeach SiC ruighinn 3-5 W / cm · K, a tha 3 tursan nas àirde na an semiconductor Si traidiseanta agus 8 tursan nas àirde na GaAs. Faodar cinneasachadh teas an inneal ullachadh le SiC a chuir air falbh gu sgiobalta, agus mar sin tha riatanasan suidheachadh sgaoilidh teas an inneal SiC gu ìre mhath sgaoilte, agus tha e nas freagarraiche airson innealan àrd-chumhachd ullachadh. Tha feartan teirmodynamic seasmhach aig SiC. Fo chumhachan cuideam àbhaisteach, thèid SiC a thoirt a-steach gu dìreach ann an vapor anns a bheil Si agus C aig nas àirde.
(3) Feartan ceimigeach: Tha feartan ceimigeach seasmhach aig SiC, deagh sheasamh an aghaidh creimeadh, agus chan eil e a’ dèiligeadh ri searbhag sam bith aithnichte aig teòthachd an t-seòmair. Bidh SiC a thèid a chuir san adhar airson ùine fhada gu slaodach a’ cruthachadh sreath tana de SiO2 dùmhail, a’ cur casg air tuilleadh ath-bhualaidhean oxidation. Nuair a bhios an teòthachd ag èirigh gu còrr air 1700 ℃, bidh an còmhdach tana SiO2 a ’leaghadh agus a’ oxidachadh gu luath. Faodaidh SiC a dhol tro ath-bhualadh slaodach oxidation le ocsaidean leaghte no bunaitean, agus mar as trice bidh wafers SiC air an criathradh ann an KOH leaghte agus Na2O2 gus an gluasad ann an criostalan SiC a chomharrachadh..
(4) Feartan dealain: SiC mar stuth riochdachail de semiconductors bandgap farsaing, tha leud bann-leathann 6H-SiC agus 4H-SiC 3.0 eV agus 3.2 eV fa leth, a tha 3 tursan nas àirde na Si agus 2 uair nas àirde na GaAs. Tha sruth aoidionach nas lugha agus raon dealain briseadh sìos nas motha aig innealan leth-stiùiridh air an dèanamh le SiC, agus mar sin tha SiC air a mheas mar stuth air leth freagarrach airson innealan àrd-chumhachd. Tha gluasad gluasaid dealanach SiC cuideachd 2 uair nas àirde na SiC, agus tha buannachdan follaiseach ann cuideachd ann a bhith ag ullachadh innealan àrd-tricead. Faodar criostalan SiC seòrsa P no criostalan SiC de sheòrsa N fhaighinn le bhith a’ dopadh na dadaman neo-chunbhalachd anns na criostalan. Aig an àm seo, tha criostalan P-seòrsa SiC sa mhòr-chuid air an dopadh le Al, B, Be, O, Ga, Sc agus dadaman eile, agus tha criostalan sic seòrsa N air an dopadh sa mhòr-chuid le N atoms. Bheir an eadar-dhealachadh ann an dùmhlachd agus seòrsa dopaidh buaidh mhòr air feartan fiosaigeach is ceimigeach SiC. Aig an aon àm, faodaidh an neach-giùlain an-asgaidh a bhith air a shlaodadh le dopadh ìre domhainn leithid V, faodar an resistivity àrdachadh, agus gheibhear an criostal SiC leth-insulation.
(5) Feartan optigeach: Mar thoradh air a’ bheàrn còmhlan a tha an ìre mhath farsaing, tha an criostal SiC gun chòmhdach gun dath agus follaiseach. Bidh na criostalan doped SiC a’ nochdadh dathan eadar-dhealaichte air sgàth na feartan eadar-dhealaichte aca, mar eisimpleir, tha 6H-SiC uaine às deidh dop N; Tha 4H-SiC donn. Tha 15R-SiC buidhe. Doped le Al, tha coltas gorm air 4H-SiC. Tha e na dhòigh ghoireasach airson eadar-dhealachadh a dhèanamh air seòrsa criostail SiC le bhith a’ cumail sùil air an eadar-dhealachadh dath. Leis an rannsachadh leantainneach air raointean co-cheangailte ri SiC anns na 20 bliadhna a dh’ fhalbh, chaidh adhartas mòr a dhèanamh ann an teicneòlasan co-cheangailte.
An t-ochdamh,Ro-ràdh inbhe leasachaidh SiC
Aig an àm seo, tha gnìomhachas SiC air a bhith a’ sìor fhàs foirfe, bho wafers substrate, wafers epitaxial gu cinneasachadh innealan, pacadh, tha an t-sreath gnìomhachais gu lèir air aibidh, agus faodaidh e toraidhean co-cheangailte ri SiC a thoirt don mhargaidh.
Tha Cree na stiùiriche ann an gnìomhachas fàs criostail SiC le suidheachadh air thoiseach ann am meud agus càileachd wafers substrate SiC. Tha Cree an-dràsta a’ dèanamh 300,000 sgoltagan substrate SiC gach bliadhna, a’ dèanamh suas còrr air 80% de luchdan cruinneil.
San t-Sultain 2019, dh’ainmich Cree gun tog e goireas ùr ann an Stàit New York, na SA, a chleachdas an teicneòlas as adhartaiche gus cumhachd trast-thomhas 200 mm agus wafers substrate RF SiC fhàs, a’ nochdadh gu bheil an teicneòlas ullachaidh stuthan substrate SiC 200 mm aige. fàs nas aibidh.
An-dràsta, is e na toraidhean prìomh-shruthach de chips substrate SiC air a’ mhargaidh sa mhòr-chuid seòrsaichean giùlain agus leth-inslithe 4H-SiC agus 6H-SiC de 2-6 òirleach.
Anns an Dàmhair 2015, b ’e Cree a’ chiad fhear a chuir air bhog wafers substrate SiC 200 mm airson seòrsa N agus LED, a ’comharrachadh toiseach wafers substrate SiC 8-òirleach chun mhargaidh.
Ann an 2016, thòisich Romm a ’toirt taic do sgioba Venturi agus b’ e a ’chiad fhear a chleachd am measgachadh IGBT + SiC SBD sa chàr gus fuasgladh IGBT + Si FRD a chuir an àite anns an inverter traidiseanta 200 kW. Às deidh an leasachadh, tha cuideam an inverter air a lughdachadh le 2 kg agus tha am meud air a lughdachadh le 19% fhad ‘s a chumas e an aon chumhachd.
Ann an 2017, às deidh gabhail ri SiC MOS + SiC SBD a bharrachd, chan e a-mhàin gu bheil an cuideam air a lughdachadh le 6 kg, tha am meud air a lughdachadh le 43%, agus tha cumhachd an inverter cuideachd air àrdachadh bho 200 kW gu 220 kW.
Às deidh dha Tesla gabhail ri innealan stèidhichte air SIC anns na prìomh inverters dràibhidh de na toraidhean Model 3 aige ann an 2018, chaidh a ’bhuaidh taisbeanaidh a mheudachadh gu sgiobalta, a’ dèanamh margaidh chàraichean xEV a dh’ aithghearr na adhbhar brosnachaidh dha margaidh SiC. Le cleachdadh soirbheachail SiC, tha an luach toraidh margaidh co-cheangailte ris air a dhol suas gu luath cuideachd.
An naoidheamh,Co-dhùnadh:
Le leasachadh leantainneach air teicneòlasan gnìomhachais co-cheangailte ri SiC, thèid an toradh agus an earbsachd a leasachadh nas motha, thèid prìs innealan SiC a lughdachadh cuideachd, agus bidh farpaiseachd margaidh SiC nas fhollaisiche. Anns an àm ri teachd, bidh innealan SiC air an cleachdadh nas fharsainge ann an grunn raointean leithid càraichean, conaltradh, cliathan cumhachd, agus còmhdhail, agus bidh margaidh toraidh nas fharsainge, agus thèid meud a ’mhargaidh a leudachadh tuilleadh, a’ fàs na thaic chudromach don nàiseanta. eaconamaidh.
Ùine puist: Faoilleach 25-2024