Laugarrena, Lurrun-transferentzia fisikoaren metodoa
Lurrun-garraio fisikoa (PVT) metodoa Lely-k 1955ean asmatutako lurrun-fasearen sublimazio-teknologiatik sortu zen. SiC hautsa grafitozko hodi batean jartzen da eta tenperatura altura berotzen da SiC hautsa deskonposatzeko eta sublimatzeko, eta, ondoren, grafitozko hodia hozten da.SiC hautsaren deskonposizioaren ondoren, lurrun-faseko osagaiak grafito-hodiaren inguruan SiC kristaletan metatzen eta kristaltzen dira.Metodo hau tamaina handiko SiC kristal bakarreak lortzea zaila den arren, eta grafito-hodian jalkitze-prozesua kontrolatzen zaila den arren, hurrengo ikertzaileentzako ideiak ematen ditu.
Ym Terarov et al.Errusian hazi-kristalen kontzeptua sartu zuen oinarri honetan, eta SiC kristalen forma kontrolaezinaren eta nukleazio-posizioaren arazoa konpondu zuen.Ondorengo ikertzaileek hobetzen jarraitu zuten eta, azkenean, gas faseko garraio fisikoa (PVT) metodoa garatu zuten gaur egungo erabilera industrialean.
SiC kristalen hazkuntza-metodorik zaharrena denez, lurrun-transferentzia fisikoaren metodoa SiC kristalen hazkuntzarako hazkuntza-metodo nagusiena da.Beste metodo batzuekin alderatuta, metodoak hazteko ekipamendurako eskakizun baxuak ditu, hazteko prozesu sinplea, kontrolagarritasun sendoa, garapen eta ikerketa sakona eta aplikazio industriala gauzatu du.Gaur egungo PVT metodoaren bidez hazitako kristalaren egitura irudian ageri da.
Tenperatura-eremu axialak eta erradialak kontrola daitezke grafitozko arragoaren kanpoko isolamendu termikoaren baldintzak kontrolatuz.SiC hautsa tenperatura altuagoko grafitozko arragoaren behealdean jartzen da, eta SiC hazi-kristala tenperatura baxuagoko grafitozko arragoaren goiko aldean finkatzen da.Hautsaren eta haziaren arteko distantzia hamar milimetrokoa izan ohi da, hazten ari den kristal bakarraren eta hautsaren arteko kontaktua saihesteko.Tenperatura-gradientea 15-35 ℃/cm artekoa izan ohi da.50-5000 Pa-ko gas geldo bat gordetzen da labean konbekzioa areagotzeko.Modu honetan, SiC hautsa 2000-2500 ℃-ra berotu ondoren, SiC hautsa sublimatu eta deskonposatuko da Si, Si2C, SiC2 eta beste lurrun osagaietan, eta haziaren muturreraino eramango da gas konbekzioarekin, eta SiC kristala haziaren kristalean kristaltzen da kristal bakarreko hazkuntza lortzeko.Bere hazkunde-tasa tipikoa 0,1-2 mm/h da.
PVT prozesua hazkuntza-tenperatura, tenperatura-gradientea, hazkuntza-azalera, materialaren gainazaleko tartea eta hazkuntza-presioa kontrolatzen ditu, bere abantaila da bere prozesua nahiko heldua dela, lehengaiak ekoizteko errazak direla, kostua baxua da, baina hazkunde-prozesua. PVT metodoa zaila da behatzea, kristalen hazkunde-tasa 0,2-0,4 mm/h-koa, zaila da lodiera handiko kristalak haztea (> 50 mm).Hamarkadetan etengabeko ahaleginaren ondoren, PVT metodoaren bidez hazitako SiC substratu obleen egungo merkatua oso handia izan da, eta SiC substratu obleen urteko ekoizpena ehunka mila obletara irits daiteke, eta bere tamaina pixkanaka 4 hazbetetik 6 hazbetera aldatzen ari da. , eta 8 hazbeteko SiC substratu laginak garatu ditu.
Bosgarrena,Tenperatura altuko lurrun kimikoen metaketa metodoa
Tenperatura Altuko Lurrun Kimikoen Deposizioa (HTCVD) Lurrun Kimikoen Deposizioan (CVD) oinarritutako metodo hobetua da.Metodoa 1995ean proposatu zuten lehen aldiz Kordina et al.-ek, Linkoping Unibertsitatea, Suedia.
Hazkunde-egituraren diagrama irudian ageri da:
Tenperatura-eremu axialak eta erradialak kontrola daitezke grafitozko arragoaren kanpoko isolamendu termikoaren baldintzak kontrolatuz.SiC hautsa tenperatura altuagoko grafitozko arragoaren behealdean jartzen da, eta SiC hazi-kristala tenperatura baxuagoko grafitozko arragoaren goiko aldean finkatzen da.Hautsaren eta haziaren arteko distantzia hamar milimetrokoa izan ohi da, hazten ari den kristal bakarraren eta hautsaren arteko kontaktua saihesteko.Tenperatura-gradientea 15-35 ℃/cm artekoa izan ohi da.50-5000 Pa-ko gas geldo bat gordetzen da labean konbekzioa areagotzeko.Modu honetan, SiC hautsa 2000-2500 ℃-ra berotu ondoren, SiC hautsa sublimatu eta deskonposatuko da Si, Si2C, SiC2 eta beste lurrun osagaietan, eta haziaren muturreraino eramango da gas konbekzioarekin, eta SiC kristala haziaren kristalean kristaltzen da kristal bakarreko hazkuntza lortzeko.Bere hazkunde-tasa tipikoa 0,1-2 mm/h da.
PVT prozesua hazkuntza-tenperatura, tenperatura-gradientea, hazkuntza-azalera, materialaren gainazaleko tartea eta hazkuntza-presioa kontrolatzen ditu, bere abantaila da bere prozesua nahiko heldua dela, lehengaiak ekoizteko errazak direla, kostua baxua da, baina hazkunde-prozesua. PVT metodoa zaila da behatzea, kristalen hazkunde-tasa 0,2-0,4 mm/h-koa, zaila da lodiera handiko kristalak haztea (> 50 mm).Hamarkadetan etengabeko ahaleginaren ondoren, PVT metodoaren bidez hazitako SiC substratu obleen egungo merkatua oso handia izan da, eta SiC substratu obleen urteko ekoizpena ehunka mila obletara irits daiteke, eta bere tamaina pixkanaka 4 hazbetetik 6 hazbetera aldatzen ari da. , eta 8 hazbeteko SiC substratu laginak garatu ditu.
Bosgarrena,Tenperatura altuko lurrun kimikoen metaketa metodoa
Tenperatura Altuko Lurrun Kimikoen Deposizioa (HTCVD) Lurrun Kimikoen Deposizioan (CVD) oinarritutako metodo hobetua da.Metodoa 1995ean proposatu zuten lehen aldiz Kordina et al.-ek, Linkoping Unibertsitatea, Suedia.
Hazkunde-egituraren diagrama irudian ageri da:
SiC kristala fase likidoaren metodoaren bidez hazten denean, tenperatura eta konbekzio-banaketa disoluzio laguntzailearen barruan agertzen dira irudian:
Disoluzio laguntzailean arragoaren hormaren ondoan tenperatura altuagoa dela ikus daiteke, eta hazi-kristalean tenperatura baxuagoa den bitartean.Hazkuntza prozesuan, grafitozko arragoa kristalak hazteko C iturria eskaintzen du.Arragoaren horman tenperatura altua denez, C-ren disolbagarritasuna handia denez eta disoluzio-abiadura azkarra denez, C-ko kopuru handi bat disolbatuko da arragoaren horman C-ren disoluzio saturatua eratzeko. Disoluzio hauek kantitate handiarekin disolbatutako C-a hazi-kristalen beheko zatira garraiatuko da konbekzioz disoluzio laguntzailearen barruan.Hazi-kristalaren muturraren tenperatura baxuaren ondorioz, dagokion C-aren disolbagarritasuna murrizten da, eta jatorrizko C-saturatutako disoluzioa C-ren disoluzio gainsaturatu bihurtzen da baldintza honetan tenperatura baxuko muturrera transferitu ondoren.Disoluzioko C supraaturatuak disoluzio laguntzailean Si-rekin konbinatuta SiC kristala epitaxial hazi daiteke hazi-kristalaren gainean.C-ren zati superzulatua hauspetatzen denean, disoluzioa arragoaren hormaren tenperatura altuko muturrera itzultzen da konbekzioz, eta C berriro disolbatzen du disoluzio ase bat sortzeko.
Prozesu osoa errepikatzen da, eta SiC kristala hazten da.Fase likidoaren hazkuntza prozesuan, disoluzioan C-ren disoluzioa eta prezipitazioa hazkundearen aurrerapenaren indize oso garrantzitsua da.Kristalen hazkuntza egonkorra bermatzeko, beharrezkoa da arragoaren horman C disolbatzearen eta haziaren muturreko prezipitazioaren arteko oreka mantentzea.C-ren disoluzioa C-ren prezipitazioa baino handiagoa bada, orduan kristaleko C aberasten da pixkanaka, eta SiC-ren berezko nukleazioa gertatuko da.C-ren disoluzioa C-ren prezipitazioa baino txikiagoa bada, kristalen hazkundea zaila izango da solutu faltagatik.
Aldi berean, C-ren konbekzio bidezko garraioak hazkuntzan C-ren eskaintzan ere eragiten du.SiC kristalak kalitate nahiko ona eta lodiera nahikoa duten kristalak hazteko, beharrezkoa da goiko hiru elementuen oreka bermatzea, eta horrek SiC fase likidoaren hazkuntzaren zailtasuna asko areagotzen du.Hala ere, erlazionatutako teorien eta teknologien hobekuntza eta hobekuntza pixkanaka, SiC kristalen fase likidoaren hazkuntzaren abantailak erakutsiko dira pixkanaka.
Gaur egun, 2 hazbeteko SiC kristalen fase likidoaren hazkundea lor daiteke Japonian, eta 4 hazbeteko kristalen fase likidoaren hazkundea ere garatzen ari da.Gaur egun, kasuan kasuko etxeko ikerketek ez dute emaitza onik lortu, eta beharrezkoa da dagokion ikerketa lanari jarraipena ematea.
Zazpigarrena, SiC kristalen propietate fisikoak eta kimikoak
(1) Propietate mekanikoak: SiC kristalek oso gogortasun handia eta higadura erresistentzia ona dute.Bere Mohs gogortasuna 9,2 eta 9,3 artekoa da, eta bere Krit gogortasuna 2900 eta 3100Kg/mm2 artekoa, hau da, aurkitu diren materialen artean diamante kristalen atzetik bigarrena.SiC-ren propietate mekaniko bikainak direla eta, SiC hautsa sarritan erabiltzen da ebaketa- edo artezketa-industrian, milioika tona arteko urteko eskaerarekin.Pieza batzuen higadurari aurre egiteko estaldurak SiC estaldura ere erabiliko du, adibidez, gerraontzi batzuen higadura-erresistentea den estaldura SiC estalduraz osatuta dago.
(2) Propietate termikoak: SiC-ren eroankortasun termikoa 3-5 W/cm·K izatera irits daiteke, hau da, Si erdieroale tradizionalarena baino 3 aldiz handiagoa eta GaAs-ena baino 8 aldiz handiagoa.SiC-k prestatutako gailuaren bero-ekoizpena azkar urrun daiteke, beraz, SiC gailuaren beroa xahutzeko baldintzen baldintzak nahiko solteak dira eta potentzia handiko gailuak prestatzeko egokia da.SiC-k propietate termodinamiko egonkorrak ditu.Presio-baldintza normaletan, SiC zuzenean deskonposatuko da Si eta C duten lurrunetan gorago.
(3) Propietate kimikoak: SiC-k propietate kimiko egonkorrak ditu, korrosioarekiko erresistentzia ona eta ez du erreakzionatzen giro-tenperaturan azido ezagunekin.Denbora luzez airean jarritako SiC-k poliki poliki SiO2 trinkozko geruza fin bat osatuko du, oxidazio-erreakzio gehiago saihestuz.Tenperatura 1700 ℃ baino gehiagora igotzen denean, SiO2 geruza mehea urtu eta azkar oxidatzen da.SiC-k oxidazio-erreakzio motela jasan dezake oxidatzaile edo base urtuekin, eta SiC obleak normalean KOH eta Na2O2 urtuetan herdoiltzen dira SiC kristalen dislokazioa ezaugarritzeko..
(4) Propietate elektrikoak: SiC banda zabaleko erdieroaleen material adierazgarri gisa, 6H-SiC eta 4H-SiC banda-zabalerak 3,0 eV eta 3,2 eV dira hurrenez hurren, hau da, Si-ren 3 aldiz eta GaAs-en 2 aldiz.SiCz egindako gailu erdieroaleek ihes-korronte txikiagoa dute eta matxura-eremu elektriko handiagoa dute, beraz, SiC potentzia handiko gailuetarako material ezin hobea da.SiC-ren elektroien mugikortasun asea Si-rena baino 2 aldiz handiagoa da, eta abantaila nabariak ditu maiztasun handiko gailuak prestatzerakoan.P motako SiC kristalak edo N motako SiC kristalak kristaletan dauden ezpurutasun-atomoak dopatuz lor daitezke.Gaur egun, P motako SiC kristalak batez ere Al, B, Be, O, Ga, Sc eta beste atomo batzuek dopatzen dituzte, eta N motako sic kristalak N atomoek dopatzen dituzte batez ere.Dopinaren kontzentrazio eta mota desberdintasunak eragin handia izango du SiC-ren propietate fisiko eta kimikoetan.Aldi berean, eramaile askea V bezalako maila sakoneko dopingaren bidez iltza daiteke, erresistentzia handitu daiteke eta SiC kristal erdi isolatzailea lor daiteke.
(5) Propietate optikoak: banda-hutsune zabal samarra dela eta, dopatu gabeko SiC kristala koloregabea eta gardena da.Dopatutako SiC kristalek kolore desberdinak erakusten dituzte propietate ezberdinengatik, adibidez, 6H-SiC berdea da N dopatu ondoren;4H-SiC marroia da.15R-SiC horia da.Al-rekin dopatuta, 4H-SiC urdina agertzen da.Metodo intuitiboa da SiC kristal mota bereizteko kolore ezberdintasuna behatuz.Azken 20 urteetan SiC erlazionatutako eremuen etengabeko ikerketekin, aurrerapen handiak egin dira erlazionatutako teknologietan.
Zortzigarrena,SiC garapen egoeraren sarrera
Gaur egun, SiC industria gero eta perfektuagoa bihurtu da, substratu obleak, oble epitaxialak gailuen ekoizpena, ontziratzea, industria-kate osoa heldu da, eta SiC erlazionatutako produktuak merkatura horni ditzake.
Cree SiC kristalen hazkuntzako industrian liderra da, SiC substratuko obleen tamainan eta kalitatean lidergo postua duena.Gaur egun, Cree-k 300.000 SiC substratu txip ekoizten ditu urtean, mundu mailako bidalketen % 80 baino gehiago hartzen baitute.
2019ko irailean, Cree-k iragarri zuen instalazio berri bat eraikiko zuela New York estatuan, AEBn, teknologia aurreratuena erabiliko duena 200 mm-ko diametroko potentzia eta RF SiC substratu-obleak hazteko, eta bere 200 mm-ko SiC substratua prestatzeko teknologiak duela adierazi zuen. helduago bihurtu.
Gaur egun, merkatuan dauden SiC substratu txipen produktu nagusiak 2-6 hazbeteko 4H-SiC eta 6H-SiC eroale eta erdi isolatuak dira batez ere.
2015eko urrian, Cree izan zen 200 mm-ko SiC substratuko obleak merkaturatu zituen lehena, N motako eta LEDrako, 8 hazbeteko SiCko obleen hasiera merkaturatzeko.
2016an, Romm Venturi taldea babesten hasi zen eta autoan IGBT + SiC SBD konbinazioa erabiltzen lehena izan zen IGBT + Si FRD irtenbidea ordezkatzeko 200 kW-ko inbertsore tradizionalean.Hobekuntzaren ondoren, inbertsorearen pisua 2 kg murrizten da eta tamaina % 19 murrizten da potentzia bera mantenduz.
2017an, SiC MOS + SiC SBD gehiago hartu ondoren, pisua 6 kg murrizten ez ezik, tamaina % 43 murrizten da eta inbertsorearen potentzia 200 kW-tik 220 kW-ra ere handitu da.
Teslak 2018an SIC oinarritutako gailuak bere Model 3 produktuen disko inbertsore nagusietan hartu ondoren, erakustaldiaren efektua azkar areagotu zen, eta laster xEV automobilgintzaren merkatua SiC merkaturako zirrara iturri bihurtu zen.SiC-ren aplikazio arrakastatsuarekin, erlazionatutako merkatu-irteeraren balioa ere azkar igo da.
Bederatzigarrena,Ondorioa:
SiC lotutako industria teknologien etengabeko hobekuntzarekin, bere etekina eta fidagarritasuna gehiago hobetuko dira, SiC gailuen prezioa ere murriztuko da eta SiC-ren merkatuko lehiakortasuna nabarmenagoa izango da.Etorkizunean, SiC gailuak gehiago erabiliko dira hainbat esparrutan, hala nola automobilak, komunikazioak, sare elektrikoak eta garraioak, eta produktuen merkatua zabalagoa izango da eta merkatuaren tamaina gehiago zabalduko da, naziorako euskarri garrantzitsu bihurtuz. ekonomia.
Argitalpenaren ordua: 2024-01-25