Piikarbidin (SiC) kehitys ja sovellukset
1. Vuosisata innovaatiota piikarbidissa
Piikarbidin (SiC) matka alkoi vuonna 1893, kun Edward Goodrich Acheson suunnitteli Acheson-uunin käyttämällä hiilimateriaaleja piikarbidin teolliseen tuotantoon kvartsin ja hiilen sähkölämmityksellä. Tämä keksintö merkitsi piikarbidin teollistumisen alkua ja ansaitsi Achesonille patentin.
1900-luvun alussa piikarbidia käytettiin pääasiassa hioma-aineena sen huomattavan kovuuden ja kulutuskestävyyden vuoksi. 1900-luvun puoliväliin mennessä kemiallisen höyrypinnoitustekniikan (CVD) edistyminen avasi uusia mahdollisuuksia. Rustum Royn johtamat Bell Labsin tutkijat loivat pohjan CVD SiC:lle ja saivat ensimmäiset piikarbidipinnoitteet grafiittipinnoille.
1970-luvulla tapahtui suuri läpimurto, kun Union Carbide Corporation käytti piikarbidilla päällystettyä grafiittia galliumnitridi (GaN) puolijohdemateriaalien epitaksiaalisessa kasvussa. Tällä edistyksellä oli keskeinen rooli korkean suorituskyvyn GaN-pohjaisissa LED-valoissa ja lasereissa. Vuosikymmenten aikana piikarbidipinnoitteet ovat laajentuneet puolijohteiden lisäksi myös ilmailu-, auto- ja tehoelektroniikkasovelluksiin valmistustekniikoiden parannusten ansiosta.
Nykyään innovaatiot, kuten lämpösumutus, PVD ja nanoteknologia, parantavat entisestään piikarbidipinnoitteiden suorituskykyä ja levitystä osoittaen sen potentiaalia huippuluokan aloilla.
2. Piikarbidin kristallirakenteiden ja käyttötarkoitusten ymmärtäminen
SiC:ssä on yli 200 polytyyppiä, jotka on luokiteltu niiden atomijärjestelyn mukaan kuutiorakenteisiin (3C), kuusikulmaisiin (H) ja romboedrisiin (R) rakenteisiin. Näistä 4H-SiC:tä ja 6H-SiC:tä käytetään laajalti suuritehoisissa ja optoelektronisissa laitteissa, kun taas β-SiC arvostetaan sen erinomaisen lämmönjohtavuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden vuoksi.
β-SiC:tainutlaatuiset ominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus120-200 W/m·Kja lämpölaajenemiskerroin, joka vastaa läheisesti grafiittia, tekevät siitä suositellun materiaalin pintapinnoitteissa kiekkojen epitaksilaitteissa.
3. Piikarbidipinnoitteet: Ominaisuudet ja valmistustekniikat
SiC-pinnoitteita, tyypillisesti β-SiC, käytetään laajasti parantamaan pinnan ominaisuuksia, kuten kovuutta, kulutuskestävyyttä ja lämpöstabiilisuutta. Yleisiä valmistusmenetelmiä ovat:
- Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD):Tarjoaa korkealaatuisia pinnoitteita, joilla on erinomainen tarttuvuus ja tasaisuus, ihanteellinen suurille ja monimutkaisille alustoille.
- Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD):Tarjoaa tarkan pinnoitteen koostumuksen hallinnan ja sopii erittäin tarkkoihin sovelluksiin.
- Ruiskutustekniikat, sähkökemiallinen pinnoitus ja lietepinnoitus: Toimii kustannustehokkaina vaihtoehtoina tiettyihin sovelluksiin, vaikkakin vaihtelevin tarttuvuuden ja tasaisuuden rajoituksin.
Jokainen menetelmä valitaan alustan ominaisuuksien ja käyttövaatimusten perusteella.
4. SiC-pinnoitetut grafiittisuskeptorit MOCVD:ssä
Piikarbidilla päällystetyt grafiittisuskeptorit ovat välttämättömiä metalliorgaanisessa kemiallisessa höyrypinnoituksessa (MOCVD), joka on puolijohteiden ja optoelektronisten materiaalien valmistuksen avainprosessi.
Nämä suskeptorit tarjoavat vahvan tuen epitaksiaalisen kalvon kasvulle, varmistaen lämpöstabiilisuuden ja vähentäen epäpuhtauksien kontaminaatiota. SiC-pinnoite parantaa myös hapettumisenkestävyyttä, pintaominaisuuksia ja rajapinnan laatua, mikä mahdollistaa tarkan ohjauksen kalvon kasvun aikana.
5. Eteneminen kohti tulevaisuutta
Viime vuosina on panostettu merkittävästi SiC-pinnoitettujen grafiittisubstraattien tuotantoprosessien parantamiseen. Tutkijat keskittyvät pinnoitteen puhtauden, tasaisuuden ja käyttöiän parantamiseen samalla, kun kustannuksia alennetaan. Lisäksi tutkitaan innovatiivisia materiaaleja, kutentantaalikarbidi (TaC) pinnoitteettarjoaa mahdollisia parannuksia lämmönjohtavuuteen ja korroosionkestävyyteen, mikä tasoittaa tietä seuraavan sukupolven ratkaisuille.
Piikarbidilla päällystettyjen grafiittisuskeptorien kysynnän kasvaessa älykkään valmistuksen ja teollisen mittakaavan tuotannon kehitys tukee edelleen korkealaatuisten tuotteiden kehitystä vastaamaan puolijohde- ja optoelektroniikkateollisuuden muuttuviin tarpeisiin.
Postitusaika: 24.11.2023