Qaab dhismeedka iyo tignoolajiyada koritaanka ee silikoon carbide (Ⅱ)

Afar, Habka wareejinta uumiga jirka

Habka gaadiidka uumiga jirka (PVT) wuxuu ka yimid tignoolajiyada sublimation wajiga uumiga ee ay abuurtay Lely ee 1955. Budada SiC waxaa lagu dhejiyaa tuubada garaafka waxaana lagu kululeeyaa heerkul sare si ay u jajabiso oo hoos u dhigto budada SiC, ka dibna tuubada graphite waa la qaboojiyey. Ka dib burburka budada SiC, qaybaha wajiga uumiga ayaa la dhigaa oo lagu shubaa kiristaalo SiC ee agagaarka tuubada garaafka. Inkasta oo habkani ay adag tahay in la helo cabbirka weyn ee SiC hal kiristaalo, iyo habka dhigaalka ee tuubada garaafka waa ay adagtahay in la xakameeyo, waxay bixisaa fikrado cilmi-baarayaasha xiga.
Ym Terairov iyo al. ee Russia soo bandhigay fikradda ah kiristaalo abuurka ku salaysan this, oo xalliyey dhibaatada qaab crystal aan la koontarooli karin iyo booska nucleation ee kiristaalo SiC. Cilmi-baarayaasha xiga waxay sii wadeen inay hagaajiyaan oo ugu dambeyntii horumariyeen habka gaaska wajiga gaaska (PVT) ee isticmaalka warshadaha maanta.

Sida habka ugu horreeya ee koritaanka SiC crystal, habka wareejinta uumiga jireed ayaa ah habka ugu badan ee korriinka koritaanka SiC crystal. Marka la barbardhigo hababka kale, habku wuxuu leeyahay shuruudo hoose oo loogu talagalay qalabka kobaca, habka kobaca fudud, xakamaynta xooggan, horumarinta dhamaystiran iyo cilmi-baarista, waxayna xaqiiqsadeen codsiga warshadaha. Qaab dhismeedka crystal-ka oo uu koray habka PVT ee hadda jira ayaa lagu muujiyay shaxanka.

Goobaha heerkulka axial iyo radial waxaa lagu xakameyn karaa iyada oo la xakameynayo xaaladaha kuleylka dibadeed ee graphite crucible. Budada SiC waxa la dhigayaa xaga hoose ee graphite crucible oo leh heerkul sare, iyo Karistaanka abuurka SiC waxa lagu dhejiyaa xaga sare ee garaafyada garaafka leh heerkul hoose. Fogaanta u dhaxaysa budada iyo abuurka ayaa guud ahaan la kantaroolaa inay noqoto tobanaan millimitir si looga fogaado xidhiidhka u dhexeeya kiristaalo keliya ee sii kordhaya iyo budada. Heerkulka heerkulku inta badan waa 15-35 ℃/cm. Gaaska aan shaqaynayn ee 50-5000 Pa ayaa lagu hayaa foornada si loo kordhiyo isu-ururinta. Sidan oo kale, ka dib markii budada SiC la kululeeyo 2000-2500 ℃ by kululaynta induction, budada SiC sublimate iyo jajabin doonaa Si, Si2C, SiC2 iyo qaybaha kale ee uumiga, oo waxaa lagu qaadi doonaa dhamaadka abuurka leh convection gaaska, iyo SiC crystallized on the kristal abuurka si loo gaaro korriin quraar ah. Heerka kobaceeda caadiga ah waa 0.1-2mm/h.

Habka PVT wuxuu diiradda saarayaa xakamaynta heerkulka koritaanka, heerkulka heerkulka, dusha sare ee koritaanka, kala dheereynta alaabta iyo cadaadiska koritaanka, faa'iidada ay leedahay waa in geeddi-socodku uu yahay mid qaan-gaar ah, alaabta ceeriin waa sahlan tahay in la soo saaro, qiimaha waa yar yahay, laakiin habka koritaanka Habka PVT waa adag tahay in la ilaaliyo, heerka koritaanka crystal of 0.2-0.4mm / h, way adag tahay in ay koraan crystals leh dhumuc weyn (> 50mm). Tobannaan sano oo dadaallo joogto ah ka dib, suuqa hadda jira ee SiC substrate wafers oo uu koray habka PVT ayaa ahaa mid aad u weyn, wax soo saarka sanadlaha ah ee waferrada substrate-ka SiC waxa ay gaari kartaa boqollaal kun oo wafers, cabbirkeeduna si tartiib tartiib ah ayuu uga beddelayaa 4 inji ilaa 6 inji. , oo ay samaysay 8 inji oo muunado substrate ah oo SiC ah.

 

Shanaad,Habka kaydinta uumiga kiimikada heerkulka sare

 

Dhigista Uumiga Kiimikada Heerkulka Sare (HTCVD) waa hab la wanaajiyey oo ku salaysan Kaydinta Uumiga Kiimikada (CVD). Habka waxaa markii ugu horeysay soo jeediyay 1995 by Kordina et al., Linkoping University, Sweden.
Jaantuska qaab dhismeedka korriinka ayaa lagu muujiyay sawirka:

Goobaha heerkulka axial iyo radial waxaa lagu xakameyn karaa iyada oo la xakameynayo xaaladaha kuleylka dibadeed ee graphite crucible. Budada SiC waxa la dhigayaa xaga hoose ee graphite crucible oo leh heerkul sare, iyo Karistaanka abuurka SiC waxa lagu dhejiyaa xaga sare ee garaafyada garaafka leh heerkul hoose. Fogaanta u dhaxaysa budada iyo abuurka ayaa guud ahaan la kantaroolaa inay noqoto tobanaan millimitir si looga fogaado xidhiidhka u dhexeeya kiristaalo keliya ee sii kordhaya iyo budada. Heerkulka heerkulku inta badan waa 15-35 ℃/cm. Gaaska aan shaqaynayn ee 50-5000 Pa ayaa lagu hayaa foornada si loo kordhiyo isu-ururinta. Sidan oo kale, ka dib markii budada SiC la kululeeyo 2000-2500 ℃ by kululaynta induction, budada SiC sublimate iyo jajabin doonaa Si, Si2C, SiC2 iyo qaybaha kale ee uumiga, oo waxaa lagu qaadi doonaa dhamaadka abuurka leh convection gaaska, iyo SiC crystallized on the kristal abuurka si loo gaaro korriin quraar ah. Heerka kobaceeda caadiga ah waa 0.1-2mm/h.

Habka PVT wuxuu diiradda saarayaa xakamaynta heerkulka koritaanka, heerkulka heerkulka, dusha sare ee koritaanka, kala dheereynta alaabta iyo cadaadiska koritaanka, faa'iidada ay leedahay waa in geeddi-socodku uu yahay mid qaan-gaar ah, alaabta ceeriin waa sahlan tahay in la soo saaro, qiimaha waa yar yahay, laakiin habka koritaanka Habka PVT waa adag tahay in la ilaaliyo, heerka koritaanka crystal of 0.2-0.4mm / h, way adag tahay in ay koraan crystals leh dhumuc weyn (> 50mm). Tobannaan sano oo dadaallo joogto ah ka dib, suuqa hadda jira ee SiC substrate wafers oo uu koray habka PVT ayaa ahaa mid aad u weyn, wax soo saarka sanadlaha ah ee waferrada substrate-ka SiC waxa ay gaari kartaa boqollaal kun oo wafers, cabbirkeeduna si tartiib tartiib ah ayuu uga beddelayaa 4 inji ilaa 6 inji. , oo ay samaysay 8 inji oo muunado substrate ah oo SiC ah.

 

Shanaad,Habka kaydinta uumiga kiimikada heerkulka sare

 

Dhigista Uumiga Kiimikada Heerkulka Sare (HTCVD) waa hab la wanaajiyey oo ku salaysan Kaydinta Uumiga Kiimikada (CVD). Habka waxaa markii ugu horeysay soo jeediyay 1995 by Kordina et al., Linkoping University, Sweden.
Jaantuska qaab dhismeedka korriinka ayaa lagu muujiyay sawirka:

Marka crystal SiC uu ku koray habka wajiga dareeraha, heerkulka iyo qaybinta convection gudaha xalka kaaliyaha ayaa lagu muujiyay shaxanka:

Waxaa la arki karaa in heerkulka u dhow derbiga qallafsan ee xalka kaaliyaha uu sarreeyo, halka heerkulka kristanta abuurka uu hooseeyo. Inta lagu jiro geeddi-socodka kobaca, graphite crucible wuxuu bixiyaa isha C ee koritaanka crystal. Sababtoo ah heerkulka derbiga qallafsan ayaa sarreeya, milanka C waa weyn yahay, heerka kala diriddu waa dhakhso, qadar badan oo C ayaa lagu kala diri doonaa derbiga qulqulaya si loo sameeyo xal buuxa oo C. Xalalkaas oo leh qadar badan. ee C kala diri waxa loo rari doonaa qaybta hoose ee kiristaalo abuurka iyadoo la isku shubayo gudaha xalka caawimada. Sababo la xiriira heerkulka hoose ee dhamaadka crystal abuurka, milanka ee u dhiganta C hoos u dhigma, iyo xal asalka C-saturated noqon xal supersaturated of C ka dib markii loo wareejiyo dhamaadka heerkulka hoose ee xaaladdan. Suprataturated C ee xalka lagu daray Si ee xalka caawinta waxay ku kori kartaa SiC crystal epitaxial on crystal abuurka. Marka qaybta sare ee C-da ay soo degto, xalku wuxuu ku soo noqdaa dhamaadka heerkulka sare ee gidaarka qallafsan, oo milaan C mar kale si uu u sameeyo xal buuxa.

Geedi socodka oo dhan ayaa soo noqnoqda, iyo crystal SiC wuu koraa. Inta lagu jiro habka koritaanka wajiga dareeraha, kala dirida iyo roobabka C ee xalka waa calaamad aad muhiim u ah horumarka koritaanka. Si loo hubiyo kobaca crystal xasiloon, waa lagama maarmaan in la ilaaliyo dheelitirka u dhexeeya kala dirida C ee gidaarka qallafsan iyo roobabka dhamaadka abuurka. Haddii kala dirida C ay ka weyn tahay roobabka C, markaa C ee ku jirta crystal si tartiib tartiib ah ayaa loo kobciyaa, iyo nucleation iskiis ah ee SiC ayaa dhici doona. Haddii kala dirida C ka yar tahay roobabka C, kobaca kristanta ayaa adkaan doona in la fuliyo sababtoo ah la'aanta solute.
Isla mar ahaantaana, gaadiidka C by convection ayaa sidoo kale saameeya sahayda C inta lagu jiro koritaanka. Si aad u koraan kiristaalo SiC oo leh tayo wanaagsan oo ku filan iyo dhumuc ku filan, waxaa lagama maarmaan ah in la hubiyo dheelitirka saddexda walxood ee kor ku xusan, taas oo si weyn u kordhinaysa dhibaatada koritaanka wajiga dareeraha ee SiC. Si kastaba ha ahaatee, iyada oo si tartiib tartiib ah loo hagaajinayo iyo horumarinta aragtiyaha iyo teknoolajiyada la xidhiidha, faa'iidooyinka koritaanka wajiga dareeraha ee kiristaalo SiC ayaa si tartiib tartiib ah u muujin doona.
Waqtigan xaadirka ah, kobaca wajiga dareeraha ah ee 2-inch SiC crystals ayaa lagu gaari karaa Japan, iyo koritaanka wajiga dareeraha ee kiristaalo 4-inch ayaa sidoo kale la horumarinayaa. Waqtigan xaadirka ah, cilmi-baarista gudaha ee ku habboon ma aysan helin natiijooyin wanaagsan, waxaana lagama maarmaan ah in la raaco shaqada cilmi-baarista ee khuseeya.

 

Todobaad, Astaamaha jireed iyo kiimikaad ee kiristaalo SiC

 

(1) Qalabka makaanikada: Kiristaalo SiC waxay leeyihiin adkeysi aad u sarreeya iyo iska caabin wanaagsan. Adaggeeda Mohs-ku waa inta u dhaxaysa 9.2 iyo 9.3, iyo adkaanteeda Krit waxay u dhaxaysaa 2900 iyo 3100Kg/mm2, kaas oo ah kan labaad ee kaliya ee kiristaalo dheeman ka mid ah walxaha la helay. Sababtoo ah sifooyinka farsamada ee ugu fiican ee SiC, budada SiC waxaa badanaa loo isticmaalaa warshadaha goynta ama shiida, iyada oo baahida sanadlaha ah ee ilaa malaayiin tan. Daahan u adkaysta xirashada ee qaar ka mid ah qaybaha shaqada ayaa sidoo kale isticmaali doona daahan SiC, tusaale ahaan, dahaarka u adkaysta ee maraakiibta dagaalka qaarkood waxa uu ka kooban yahay daahan SiC.

(2) Guryaha kulaylka: kuleyliyaha kulaylka ee SiC wuxuu gaari karaa 3-5 W/cm · K, taas oo 3 jeer ka badan semiconductor-dhaqameedka Si iyo 8 jeer ka GaAs. Wax soo saarka kulaylka ee qalabka ay diyaarisay SiC si dhakhso ah ayaa loo qaadi karaa, sidaas darteed shuruudaha xaaladaha kuleylka kuleylka ee qalabka SiC waa kuwo dabacsan, waxayna ku habboon tahay diyaarinta qalabka awoodda sare leh. SiC waxay leedahay sifooyin heerkulbeegyo deggan. Xaaladaha cadaadiska caadiga ah, SiC waxay si toos ah u burburin doontaa uumiga ka kooban Si iyo C ee sare.

(3) Waxyaabaha kiimikaad: SiC waxay leedahay sifooyin kiimikaad oo deggan, iska caabin daxalka oo wanaagsan, oo aan ka falcelinayn aashitada la yaqaan ee heerkulka qolka. SiC oo lagu meeleeyo hawada muddo dheer waxay si tartiib tartiib ah u sameyn doontaa lakab khafiif ah oo cufan SiO2, taasoo ka hortagaysa falcelinno oksaydh ah oo dheeraad ah. Marka heerkulku kor u kaco in ka badan 1700 ℃, lakabka khafiifka ah ee SiO2 wuu dhalaali oo si degdeg ah u oksaydhiyaa. SiC waxay ku dhici kartaa falcelin oksaydh tartiib tartiib ah oo leh oksaydhiyeyaasha dhalaalay ama saldhigyada, iyo waferrada SiC badanaa waxay ku daxaloobaan KOH iyo Na2O2 si loo garto kala-baxa kiristaalo SiC.

(4) Guryaha korantada: SiC oo ah maaddada wakiil ka ah semiconductors bandgap ballaaran, 6H-SiC iyo 4H-SiC ballacap bandgap waa 3.0 eV iyo 3.2 eV siday u kala horreeyaan, taas oo ah 3 jeer ka Si iyo 2 jeer ka GaAs. Aaladaha semi-conductor ee ka samaysan SiC waxay leeyihiin dareere yar oo hadda jira iyo burbur weyn oo koronto ah, markaa SiC waxaa loo arkaa inay tahay wax ku habboon aaladaha awooda sare leh. Dhaqdhaqaaqa korantada elektaroonigga ah ee SiC sidoo kale 2 jeer ayuu ka sarreeyaa kan Si, sidoo kale wuxuu leeyahay faa'iidooyin muuqda oo ku saabsan diyaarinta aaladaha soo noqnoqda. Karistaanka nooca P-ga ah ee SiC ama N-nooca SiC crystals waxa lagu heli karaa iyada oo la kordhiyo atamka wasakhda ah ee ku jira crystals. Waqtigan xaadirka ah, P-nooca SiC crystals waxaa inta badan soo saara Al, B, Be, O, Ga, Sc iyo atamka kale, iyo N-nooca sic crystals waxaa inta badan soo saara N atamka. Farqiga u-fiirsashada doping-ka iyo nooca ayaa saameyn weyn ku yeelan doona sifooyinka jireed iyo kiimikaad ee SiC. Isla mar ahaantaana, sidaha bilaashka ah waxaa lagu ciribtiri karaa doping heerka qoto dheer sida V, iska caabintu waa la kordhin karaa, iyo kristal SiC-da-dahaaran ayaa la heli karaa.

(5) Sifooyinka indhaha: Farqiga band ee aad u ballaaran awgeed, Karistaanka SiC ee aan la xirin waa mid aan midab lahayn oo hufan. Ka-hortagga SiC-da ee loo yaqaan 'doped SiC' ayaa muujinaya midabyo kala duwan sababtoo ah hantidooda kala duwan, tusaale ahaan, 6H-SiC waa cagaar ka dib qaadashada N; 4H-SiC waa bunni. 15R-SiC waa jaale. Lagu sameeyay Al, 4H-SiC waxay u muuqataa buluug. Waa hab dareen leh oo lagu kala saaro nooca crystal SiC iyadoo la eegayo kala duwanaanshaha midabka. Iyadoo cilmi-baaris joogto ah oo ku saabsan goobaha la xiriira SiC ee 20-kii sano ee la soo dhaafay, horumarro waaweyn ayaa laga sameeyay tignoolajiyada la xiriira.

 

Sideedaad,Hordhaca heerka horumarka SiC

Waqtigan xaadirka ah, warshadaha SiC waxay noqdeen kuwo si sii kordheysa u qumman, laga bilaabo wafers substrate, wafers epitaxial ilaa wax soo saarka qalabka, baakadaha, dhammaan silsiladda warshaduhu way qaangaareen, waxayna siin kartaa badeecada la xiriirta SiC suuqa.

Cree waa hogaamiyaha warshadaha koritaanka crystal SiC oo leh booska hogaaminaya cabbirka iyo tayada wafers substrate-ka ee SiC. Cree waxay hadda soo saartaa 300,000 substrate chips SiC sanadkii, taasoo ka dhigan in ka badan 80% shixnadaha caalamiga ah.

Bishii Sebtembar 2019, Cree waxay ku dhawaaqday inay dhisme cusub ka dhisi doonto Gobolka New York, USA, taas oo isticmaali doonta tignoolajiyada ugu horumarsan si ay u koraan awoodda dhexroorka 200 mm iyo RF SiC substrate wafers, taas oo muujinaysa in 200 mm 200 mm SiC tignoolajiyada diyaarinta walxaha ay leedahay noqo mid bislaaday.

Waqtigan xaadirka ah, badeecadaha caadiga ah ee jajabyada substrate-ka ee SiC ee suuqa ku jira ayaa ah inta badan 4H-SiC iyo 6H-SiC nooc dahaaran oo badh ah oo ah 2-6 inji.
Bishii Oktoobar 2015, Cree wuxuu ahaa kii ugu horreeyay ee bilaabay 200 mm SiC substrate wafers oo loogu talagalay nooca N-iyo LED, taasoo calaamad u ah bilowga 8-inch substrate SiC ee suuqa.
Sanadkii 2016, Romm wuxuu bilaabay inuu kafaalo qaado kooxda Venturi wuxuuna ahaa qofkii ugu horeeyay ee isticmaala IGBT + SiC SBD isku darka gaariga si uu u bedelo xalka IGBT + Si FRD ee 200 kW beddelka dhaqameed. Hagaajinta ka dib, miisaanka rogaha ayaa la dhimay 2 kg, cabbirkuna waa la dhimay 19% iyadoo la ilaalinayo isla awoodda.

2017, ka dib qaadashada dheeraadka ah ee SiC MOS + SiC SBD, ma aha oo kaliya miisaanka ayaa la dhimay 6 kg, cabbirka ayaa la dhimay 43%, iyo awoodda inverter ayaa sidoo kale laga kordhiyey 200 kW ilaa 220 kW.
Ka dib markii Tesla ay aqbashay aaladaha ku saleysan SIC ee gawaarida ugu weyn ee alaabteeda Model 3 ee 2018, saameynta muujinta ayaa si dhakhso ah loo xoojiyay, taasoo ka dhigeysa suuqa gawaarida xEV ugu dhakhsaha badan isha farxadda suuqa SiC. Codsiga guusha leh ee SiC, qiimaha wax soo saarka suuqa ee la xidhiidha ayaa sidoo kale si degdeg ah u kacay.

Sagaalaad,Gabagabo:

Horumarinta joogtada ah ee tignoolajiyada warshadaha ee la xidhiidha SiC, waxsoosaarkeeda iyo isku halaynta ayaa la sii horumarin doonaa, qiimaha aaladaha SiC sidoo kale waa la dhimi doonaa, tartanka suuqa ee SiC wuxuu noqon doonaa mid muuqda. Mustaqbalka, aaladaha SiC ayaa si weyn loogu isticmaali doonaa dhinacyo kala duwan sida baabuurta, isgaarsiinta, korantada, iyo gaadiidka, suuqa wax soo saarkuna wuu sii ballaadhmi doonaa, cabirka suuqana waa la sii ballaarin doonaa, isagoo noqon doona taageero muhiim u ah qaranka. dhaqaalaha.