Yn bedwerydd, Dull trosglwyddo anwedd corfforol
Mae dull trafnidiaeth anwedd corfforol (PVT) yn tarddu o'r dechnoleg sychdarthiad cyfnod anwedd a ddyfeisiwyd gan Lely ym 1955. Rhoddir y powdr SiC mewn tiwb graffit a'i gynhesu i dymheredd uchel i ddadelfennu a sublimate y powdr SiC, ac yna mae'r tiwb graffit yn cael ei oeri. Ar ôl dadelfennu'r powdr SiC, mae'r cydrannau cyfnod anwedd yn cael eu hadneuo a'u crisialu i grisialau SiC o amgylch y tiwb graffit. Er bod y dull hwn yn anodd cael crisialau sengl SiC maint mawr, ac mae'r broses dyddodiad yn y tiwb graffit yn anodd ei reoli, mae'n darparu syniadau ar gyfer ymchwilwyr dilynol.
Ym Terairov et al. yn Rwsia cyflwynodd y cysyniad o grisialau hadau ar y sail hon, a datrys y broblem o siâp grisial na ellir ei reoli a sefyllfa cnewyllol o grisialau SiC. Parhaodd ymchwilwyr dilynol i wella ac yn y pen draw datblygodd y dull cludo cyfnod nwy ffisegol (PVT) mewn defnydd diwydiannol heddiw.
Fel y dull twf crisial SiC cynharaf, dull trosglwyddo anwedd corfforol yw'r dull twf mwyaf prif ffrwd ar gyfer twf grisial SiC. O'i gymharu â dulliau eraill, mae gan y dull ofynion isel ar gyfer offer twf, proses dwf syml, gallu rheoli cryf, datblygiad trylwyr ac ymchwil, ac mae wedi gwireddu cymhwysiad diwydiannol. Dangosir strwythur y grisial a dyfir gan y dull PVT prif ffrwd presennol yn y ffigur.
Gellir rheoli'r meysydd tymheredd echelinol a rheiddiol trwy reoli amodau inswleiddio thermol allanol y crucible graffit. Rhoddir y powdr SiC ar waelod y crucible graffit gyda thymheredd uwch, ac mae'r grisial hadau SiC wedi'i osod ar frig y crucible graffit gyda thymheredd is. Yn gyffredinol, rheolir y pellter rhwng y powdr a'r hadau i fod yn ddegau o filimetrau er mwyn osgoi cysylltiad rhwng y grisial sengl sy'n tyfu a'r powdr. Mae'r graddiant tymheredd fel arfer yn yr ystod o 15-35 ℃ / cm. Mae nwy anadweithiol o 50-5000 Pa yn cael ei gadw yn y ffwrnais i gynyddu darfudiad. Yn y modd hwn, ar ôl i'r powdr SiC gael ei gynhesu i 2000-2500 ℃ trwy wresogi anwytho, bydd y powdr SiC yn aruchel ac yn dadelfennu i Si, Si2C, SiC2 a chydrannau anwedd eraill, ac yn cael ei gludo i'r pen hadau gyda darfudiad nwy, a'r Mae grisial SiC wedi'i grisialu ar y grisial hadau i gyflawni twf grisial sengl. Ei gyfradd twf nodweddiadol yw 0.1-2mm/h.
Mae proses PVT yn canolbwyntio ar reoli tymheredd twf, graddiant tymheredd, arwyneb twf, bylchiad wyneb materol a phwysau twf, ei fantais yw bod ei broses yn gymharol aeddfed, mae deunyddiau crai yn hawdd i'w cynhyrchu, mae'r gost yn isel, ond mae'r broses dwf o Mae dull PVT yn anodd ei arsylwi, cyfradd twf grisial o 0.2-0.4mm / h, mae'n anodd tyfu crisialau â thrwch mawr (> 50mm). Ar ôl degawdau o ymdrechion parhaus, mae'r farchnad gyfredol ar gyfer wafferi swbstrad SiC a dyfwyd trwy ddull PVT wedi bod yn enfawr iawn, a gall allbwn blynyddol wafferi swbstrad SiC gyrraedd cannoedd o filoedd o wafferi, ac mae ei faint yn newid yn raddol o 4 modfedd i 6 modfedd , ac mae wedi datblygu 8 modfedd o samplau swbstrad SiC.
Yn bumed,Dull dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel
Mae Dyddodiad Anwedd Cemegol Tymheredd Uchel (HTCVD) yn ddull gwell yn seiliedig ar Ddyddodiad Anwedd Cemegol (CVD). Cynigiwyd y dull gyntaf ym 1995 gan Kordina et al., Prifysgol Linkoping, Sweden.
Dangosir y diagram strwythur twf yn y ffigur:
Gellir rheoli'r meysydd tymheredd echelinol a rheiddiol trwy reoli amodau inswleiddio thermol allanol y crucible graffit. Rhoddir y powdr SiC ar waelod y crucible graffit gyda thymheredd uwch, ac mae'r grisial hadau SiC wedi'i osod ar frig y crucible graffit gyda thymheredd is. Yn gyffredinol, rheolir y pellter rhwng y powdr a'r hadau i fod yn ddegau o filimetrau er mwyn osgoi cysylltiad rhwng y grisial sengl sy'n tyfu a'r powdr. Mae'r graddiant tymheredd fel arfer yn yr ystod o 15-35 ℃ / cm. Mae nwy anadweithiol o 50-5000 Pa yn cael ei gadw yn y ffwrnais i gynyddu darfudiad. Yn y modd hwn, ar ôl i'r powdr SiC gael ei gynhesu i 2000-2500 ℃ trwy wresogi anwytho, bydd y powdr SiC yn aruchel ac yn dadelfennu i Si, Si2C, SiC2 a chydrannau anwedd eraill, ac yn cael ei gludo i'r pen hadau gyda darfudiad nwy, a'r Mae grisial SiC wedi'i grisialu ar y grisial hadau i gyflawni twf grisial sengl. Ei gyfradd twf nodweddiadol yw 0.1-2mm/h.
Mae proses PVT yn canolbwyntio ar reoli tymheredd twf, graddiant tymheredd, arwyneb twf, bylchiad wyneb materol a phwysau twf, ei fantais yw bod ei broses yn gymharol aeddfed, mae deunyddiau crai yn hawdd i'w cynhyrchu, mae'r gost yn isel, ond mae'r broses dwf o Mae dull PVT yn anodd ei arsylwi, cyfradd twf grisial o 0.2-0.4mm / h, mae'n anodd tyfu crisialau â thrwch mawr (> 50mm). Ar ôl degawdau o ymdrechion parhaus, mae'r farchnad gyfredol ar gyfer wafferi swbstrad SiC a dyfwyd trwy ddull PVT wedi bod yn enfawr iawn, a gall allbwn blynyddol wafferi swbstrad SiC gyrraedd cannoedd o filoedd o wafferi, ac mae ei faint yn newid yn raddol o 4 modfedd i 6 modfedd , ac mae wedi datblygu 8 modfedd o samplau swbstrad SiC.
Yn bumed,Dull dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel
Mae Dyddodiad Anwedd Cemegol Tymheredd Uchel (HTCVD) yn ddull gwell yn seiliedig ar Ddyddodiad Anwedd Cemegol (CVD). Cynigiwyd y dull gyntaf ym 1995 gan Kordina et al., Prifysgol Linkoping, Sweden.
Dangosir y diagram strwythur twf yn y ffigur:
Pan dyfir y grisial SiC trwy ddull cyfnod hylif, dangosir y tymheredd a'r dosbarthiad darfudiad y tu mewn i'r hydoddiant ategol yn y ffigur:
Gellir gweld bod y tymheredd ger y wal crucible yn yr ateb ategol yn uwch, tra bod y tymheredd yn y grisial hadau yn is. Yn ystod y broses dwf, mae'r crucible graffit yn darparu ffynhonnell C ar gyfer twf grisial. Oherwydd bod y tymheredd yn y wal crucible yn uchel, mae hydoddedd C yn fawr, ac mae'r gyfradd diddymu yn gyflym, bydd llawer iawn o C yn cael ei ddiddymu yn y wal crucible i ffurfio hydoddiant dirlawn o C. Mae'r atebion hyn gyda llawer iawn o C hydoddi yn cael ei gludo i ran isaf y crisialau hadau trwy ddarfudiad o fewn yr hydoddiant ategol. Oherwydd tymheredd isel y pen grisial hadau, mae hydoddedd y C cyfatebol yn gostwng yn gyfatebol, ac mae'r toddiant dirlawn C gwreiddiol yn dod yn doddiant gor-dirlawn o C ar ôl cael ei drosglwyddo i'r pen tymheredd isel o dan yr amod hwn. Gall suprataturated C mewn hydoddiant wedi'i gyfuno â Si mewn hydoddiant ategol dyfu epitaxial grisial SiC ar grisial hadau. Pan fydd y rhan superforated o C yn gwaddodi allan, mae'r hydoddiant yn dychwelyd i ben tymheredd uchel y wal crucible gyda darfudiad, ac yn hydoddi C eto i ffurfio hydoddiant dirlawn.
Mae'r broses gyfan yn ailadrodd, ac mae'r grisial SiC yn tyfu. Yn y broses o dwf cyfnod hylif, mae diddymiad a dyodiad C mewn hydoddiant yn fynegai pwysig iawn o gynnydd twf. Er mwyn sicrhau twf grisial sefydlog, mae angen cynnal cydbwysedd rhwng diddymiad C yn y wal crucible a'r dyddodiad ar ddiwedd yr hadau. Os yw diddymiad C yn fwy na dyddodiad C, yna mae'r C yn y grisial yn cael ei gyfoethogi'n raddol, a bydd cnewyllyn digymell SiC yn digwydd. Os yw diddymiad C yn llai na dyddodiad C, bydd y twf grisial yn anodd ei gyflawni oherwydd diffyg hydoddyn.
Ar yr un pryd, mae cludo C trwy ddarfudiad hefyd yn effeithio ar gyflenwad C yn ystod twf. Er mwyn tyfu crisialau SiC gydag ansawdd grisial digon da a thrwch digonol, mae angen sicrhau cydbwysedd y tair elfen uchod, sy'n cynyddu'n fawr anhawster twf cyfnod hylif SiC. Fodd bynnag, gyda gwelliant graddol a gwelliant damcaniaethau a thechnolegau cysylltiedig, bydd manteision twf cyfnod hylif crisialau SiC yn dangos yn raddol.
Ar hyn o bryd, gellir cyflawni twf cyfnod hylif crisialau SiC 2 fodfedd yn Japan, ac mae twf cyfnod hylif crisialau 4 modfedd hefyd yn cael ei ddatblygu. Ar hyn o bryd, nid yw'r ymchwil domestig perthnasol wedi gweld canlyniadau da, ac mae angen dilyn y gwaith ymchwil perthnasol i fyny.
Seithfed, Priodweddau ffisegol a chemegol crisialau SiC
(1) Priodweddau mecanyddol: Mae gan grisialau SiC galedwch hynod o uchel ac ymwrthedd gwisgo da. Mae ei galedwch Mohs rhwng 9.2 a 9.3, ac mae ei galedwch Krit rhwng 2900 a 3100Kg / mm2, sy'n ail yn unig i grisialau diemwnt ymhlith deunyddiau sydd wedi'u darganfod. Oherwydd priodweddau mecanyddol ardderchog SiC, mae powdr SiC yn cael ei ddefnyddio'n aml yn y diwydiant torri neu falu, gyda galw blynyddol o hyd at filiynau o dunelli. Bydd y cotio sy'n gwrthsefyll traul ar rai darnau gwaith hefyd yn defnyddio cotio SiC, er enghraifft, mae'r gorchudd sy'n gwrthsefyll traul ar rai llongau rhyfel yn cynnwys cotio SiC.
(2) Priodweddau thermol: gall dargludedd thermol SiC gyrraedd 3-5 W/cm·K, sydd 3 gwaith yn fwy na lled-ddargludydd Si traddodiadol ac 8 gwaith yn fwy na GaAs. Gellir cynnal cynhyrchiad gwres y ddyfais a baratowyd gan SiC yn gyflym, felly mae gofynion amodau afradu gwres y ddyfais SiC yn gymharol llac, ac mae'n fwy addas ar gyfer paratoi dyfeisiau pŵer uchel. Mae gan SiC briodweddau thermodynamig sefydlog. O dan amodau pwysau arferol, bydd SiC yn cael ei ddadelfennu'n uniongyrchol i anwedd sy'n cynnwys Si a C yn uwch.
(3) Priodweddau cemegol: Mae gan SiC briodweddau cemegol sefydlog, ymwrthedd cyrydiad da, ac nid yw'n adweithio ag unrhyw asid hysbys ar dymheredd yr ystafell. Bydd SiC a osodir yn yr awyr am amser hir yn ffurfio haen denau o SiO2 trwchus yn araf, gan atal adweithiau ocsideiddio pellach. Pan fydd y tymheredd yn codi i fwy na 1700 ℃, mae haen denau SiO2 yn toddi ac yn ocsideiddio'n gyflym. Gall SiC gael adwaith ocsideiddio araf gydag ocsidyddion tawdd neu fasau, ac mae wafferi SiC fel arfer yn cael eu cyrydu mewn KOH tawdd a Na2O2 i nodweddu'r dadleoliad mewn crisialau SiC.
(4) Priodweddau trydanol: SiC fel deunydd cynrychioliadol lled-ddargludyddion bandgap eang, lled bandgap 6H-SiC a 4H-SiC yw 3.0 eV a 3.2 eV yn y drefn honno, sydd 3 gwaith yn fwy na Si a 2 gwaith yn fwy na GaAs. Mae gan ddyfeisiau lled-ddargludyddion a wneir o SiC gerrynt gollyngiadau llai a maes trydan dadelfennu mwy, felly mae SiC yn cael ei ystyried yn ddeunydd delfrydol ar gyfer dyfeisiau pŵer uchel. Mae symudedd electron dirlawn SiC hefyd 2 waith yn uwch na symudedd Si, ac mae ganddo hefyd fanteision amlwg wrth baratoi dyfeisiau amledd uchel. Gellir cael crisialau SiC math P neu grisialau SiC math N trwy ddopio'r atomau amhuredd yn y crisialau. Ar hyn o bryd, mae crisialau SiC math P yn cael eu dopio'n bennaf gan Al, B, Be, O, Ga, Sc ac atomau eraill, ac mae crisialau sic math N yn cael eu dopio'n bennaf gan atomau N. Bydd gwahaniaeth crynodiad a math dopio yn cael effaith fawr ar briodweddau ffisegol a chemegol SiC. Ar yr un pryd, gall y cludwr rhad ac am ddim gael ei hoelio gan y dopio lefel ddwfn fel V, gellir cynyddu'r gwrthedd, a gellir cael y grisial SiC lled-inswleiddio.
(5) Priodweddau optegol: Oherwydd y bwlch band cymharol eang, mae'r grisial SiC heb ei dopio yn ddi-liw ac yn dryloyw. Mae'r crisialau SiC doped yn dangos gwahanol liwiau oherwydd eu priodweddau gwahanol, er enghraifft, mae 6H-SiC yn wyrdd ar ôl dopio N; Mae 4H-SiC yn frown. Mae 15R-SiC yn felyn. Wedi'i dopio ag Al, mae 4H-SiC yn ymddangos yn las. Mae'n ddull greddfol i wahaniaethu rhwng math grisial SiC trwy arsylwi ar y gwahaniaeth lliw. Gyda'r ymchwil barhaus ar feysydd cysylltiedig â SiC yn ystod yr 20 mlynedd diwethaf, mae datblygiadau mawr wedi'u gwneud mewn technolegau cysylltiedig.
Wythfed,Cyflwyno statws datblygu SiC
Ar hyn o bryd, mae'r diwydiant SiC wedi dod yn fwyfwy perffaith, o wafferi swbstrad, wafferi epitaxial i gynhyrchu dyfeisiau, pecynnu, mae'r gadwyn ddiwydiannol gyfan wedi aeddfedu, a gall gyflenwi cynhyrchion sy'n gysylltiedig â SiC i'r farchnad.
Mae Cree yn arweinydd yn y diwydiant twf crisial SiC gyda safle blaenllaw o ran maint ac ansawdd wafferi swbstrad SiC. Ar hyn o bryd mae Cree yn cynhyrchu 300,000 o sglodion swbstrad SiC y flwyddyn, gan gyfrif am fwy nag 80% o'r llwythi byd-eang.
Ym mis Medi 2019, cyhoeddodd Cree y bydd yn adeiladu cyfleuster newydd yn Nhalaith Efrog Newydd, UDA, a fydd yn defnyddio'r dechnoleg fwyaf datblygedig i dyfu pŵer diamedr 200 mm a wafferi swbstrad RF SiC, gan nodi bod ei dechnoleg paratoi deunydd swbstrad SiC 200 mm wedi dod yn fwy aeddfed.
Ar hyn o bryd, mae cynhyrchion prif ffrwd sglodion swbstrad SiC ar y farchnad yn bennaf yn fathau dargludol a lled-inswleiddio 4H-SiC a 6H-SiC o 2-6 modfedd.
Ym mis Hydref 2015, Cree oedd y cyntaf i lansio wafferi swbstrad SiC 200 mm ar gyfer math N a LED, gan nodi dechrau'r wafferi swbstrad SiC 8-modfedd i'r farchnad.
Yn 2016, dechreuodd Romm noddi tîm Venturi a hwn oedd y cyntaf i ddefnyddio'r cyfuniad IGBT + SiC SBD yn y car i ddisodli datrysiad IGBT + Si FRD yn y gwrthdröydd 200 kW traddodiadol. Ar ôl y gwelliant, mae pwysau'r gwrthdröydd yn cael ei leihau 2 kg ac mae'r maint yn cael ei leihau 19% wrth gynnal yr un pŵer.
Yn 2017, ar ôl mabwysiadu SiC MOS + SiC SBD ymhellach, nid yn unig mae'r pwysau'n cael ei leihau 6 kg, mae'r maint yn cael ei leihau 43%, ac mae pŵer yr gwrthdröydd hefyd yn cynyddu o 200 kW i 220 kW.
Ar ôl i Tesla fabwysiadu dyfeisiau sy'n seiliedig ar SIC ym mhrif wrthdroyddion gyrru ei gynhyrchion Model 3 yn 2018, cafodd yr effaith arddangos ei chwyddo'n gyflym, gan wneud y farchnad modurol xEV yn fuan yn ffynhonnell cyffro i'r farchnad SiC. Gyda chymhwysiad llwyddiannus SiC, mae ei werth allbwn marchnad cysylltiedig hefyd wedi codi'n gyflym.
Nawfed,Casgliad:
Gyda gwelliant parhaus technolegau diwydiant cysylltiedig SiC, bydd ei gynnyrch a'i ddibynadwyedd yn cael ei wella ymhellach, bydd pris dyfeisiau SiC hefyd yn cael ei leihau, a bydd cystadleurwydd SiC yn y farchnad yn fwy amlwg. Yn y dyfodol, bydd dyfeisiau SiC yn cael eu defnyddio'n ehangach mewn gwahanol feysydd megis automobiles, cyfathrebu, gridiau pŵer, a chludiant, a bydd y farchnad gynnyrch yn ehangach, a bydd maint y farchnad yn cael ei ehangu ymhellach, gan ddod yn gefnogaeth bwysig i'r cenedlaethol. economi.
Amser post: Ionawr-25-2024