Katriyèm, Metòd transfè vapè fizik
Metòd transpò vapè fizik (PVT) soti nan teknoloji sublimasyon faz vapè envante pa Lely an 1955. Yo mete poud SiC la nan yon tib grafit epi chofe nan tanperati ki wo pou dekonpoze ak sublime poud SiC la, ak Lè sa a, tib grafit la refwadi.Apre dekonpozisyon poud SiC a, eleman faz vapè yo depoze ak kristalize nan kristal SiC alantou tib grafit la.Malgre ke metòd sa a difisil pou jwenn gwo gwosè SiC kristal sèl, ak pwosesis depo nan tib grafit la difisil pou kontwole, li bay lide pou chèchè ki vin apre yo.
Ym Terarov et al.nan Larisi te entwodwi konsèp nan kristal pitit pitit sou baz sa a, ak rezoud pwoblèm nan nan fòm kristal enkontwolab ak pozisyon nucleation nan kristal SiC.Chèchè ki vin apre yo te kontinye amelyore ak evantyèlman devlope metòd transpò faz gaz fizik (PVT) nan itilizasyon endistriyèl jodi a.
Kòm pi bonè metòd kwasans kristal SiC, metòd transfè vapè fizik se metòd kwasans ki pi endikap pou kwasans kristal SiC.Konpare ak lòt metòd, metòd la gen kondisyon ki ba pou ekipman kwasans, pwosesis kwasans senp, fò kontwole, devlopman bon jan ak rechèch, e li te reyalize aplikasyon endistriyèl.Estrikti kristal grandi pa metòd aktyèl PVT endikap la montre nan figi a.
Jaden tanperati axial ak radial yo ka kontwole pa kontwole kondisyon ekstèn izolasyon tèmik nan kreze grafit la.Se poud SiC la mete nan pati anba a nan kreze grafit la ak yon tanperati ki pi wo, epi kristal grenn SiC la fiks nan tèt la nan kreze a grafit ak yon tanperati ki pi ba.Distans ki genyen ant poud lan ak grenn nan jeneralman kontwole yo dwe dè dizèn de milimèt pou fè pou evite kontak ant kristal la k ap grandi sèl ak poud lan.Gradyan tanperati a anjeneral nan ranje 15-35 ℃ / cm.Yon gaz inaktif nan 50-5000 Pa kenbe nan gwo fou a pou ogmante konveksyon.Nan fason sa a, apre yo fin poud SiC a chofe a 2000-2500 ℃ pa chofaj endiksyon, poud SiC a pral sublime ak dekonpoze nan Si, Si2C, SiC2 ak lòt konpozan vapè, epi yo dwe transpòte nan fen grenn nan ak konveksyon gaz, ak la. Se kristal SiC kristalize sou kristal grenn nan reyalize yon sèl kwasans kristal.Pousantaj kwasans tipik li yo se 0.1-2mm / h.
Pwosesis PVT konsantre sou kontwòl tanperati kwasans, gradyan tanperati, sifas kwasans, espas sifas materyèl ak presyon kwasans, avantaj li yo se ke pwosesis li yo relativman matirite, matyè premyè yo fasil pou pwodwi, pri a ba, men pwosesis kwasans lan nan Metòd PVT difisil pou obsève, to kwasans kristal 0.2-0.4mm / h, li difisil pou grandi kristal ak gwo epesè (> 50mm).Apre dè dekad nan efò kontinyèl, mache aktyèl la pou SiC substrate wafers grandi pa metòd PVT te trè gwo, ak pwodiksyon anyèl la nan SiC substrate wafers ka rive jwenn dè santèn de milye de wafers, ak gwosè li piti piti chanje soti nan 4 pous a 6 pous. , e li te devlope 8 pous echantiyon substra SiC.
Senkyèm,Metòd depo vapè chimik tanperati ki wo
High Tanperati Chimik Vapè Depozisyon (HTCVD) se yon metòd amelyore ki baze sou Depozisyon Chimik Vapè (CVD).Metòd la te premye pwopoze an 1995 pa Kordina et al., Linkoping University, Syèd.
Dyagram estrikti kwasans lan montre nan figi a:
Jaden tanperati axial ak radial yo ka kontwole pa kontwole kondisyon ekstèn izolasyon tèmik nan kreze grafit la.Se poud SiC la mete nan pati anba a nan kreze grafit la ak yon tanperati ki pi wo, epi kristal grenn SiC la fiks nan tèt la nan kreze a grafit ak yon tanperati ki pi ba.Distans ki genyen ant poud lan ak grenn nan jeneralman kontwole yo dwe dè dizèn de milimèt pou fè pou evite kontak ant kristal la k ap grandi sèl ak poud lan.Gradyan tanperati a anjeneral nan ranje 15-35 ℃ / cm.Yon gaz inaktif nan 50-5000 Pa kenbe nan gwo fou a pou ogmante konveksyon.Nan fason sa a, apre yo fin poud SiC a chofe a 2000-2500 ℃ pa chofaj endiksyon, poud SiC a pral sublime ak dekonpoze nan Si, Si2C, SiC2 ak lòt konpozan vapè, epi yo dwe transpòte nan fen grenn nan ak konveksyon gaz, ak la. Se kristal SiC kristalize sou kristal grenn nan reyalize yon sèl kwasans kristal.Pousantaj kwasans tipik li yo se 0.1-2mm / h.
Pwosesis PVT konsantre sou kontwòl tanperati kwasans, gradyan tanperati, sifas kwasans, espas sifas materyèl ak presyon kwasans, avantaj li yo se ke pwosesis li yo relativman matirite, matyè premyè yo fasil pou pwodwi, pri a ba, men pwosesis kwasans lan nan Metòd PVT difisil pou obsève, to kwasans kristal 0.2-0.4mm / h, li difisil pou grandi kristal ak gwo epesè (> 50mm).Apre dè dekad nan efò kontinyèl, mache aktyèl la pou SiC substrate wafers grandi pa metòd PVT te trè gwo, ak pwodiksyon anyèl la nan SiC substrate wafers ka rive jwenn dè santèn de milye de wafers, ak gwosè li piti piti chanje soti nan 4 pous a 6 pous. , e li te devlope 8 pous echantiyon substra SiC.
Senkyèm,Metòd depo vapè chimik tanperati ki wo
High Tanperati Chimik Vapè Depozisyon (HTCVD) se yon metòd amelyore ki baze sou Depozisyon Chimik Vapè (CVD).Metòd la te premye pwopoze an 1995 pa Kordina et al., Linkoping University, Syèd.
Dyagram estrikti kwasans lan montre nan figi a:
Lè kristal SiC grandi pa metòd faz likid, tanperati a ak distribisyon konveksyon andedan solisyon oksilyè yo montre nan figi a:
Li ka wè ke tanperati a tou pre miray ranpa a nan kreze nan solisyon oksilyè a pi wo, pandan y ap tanperati a nan kristal la pitit pitit pi ba.Pandan pwosesis kwasans lan, kreze grafit la bay C sous pou kwasans kristal.Paske tanperati a nan miray la creuze wo, solubility nan C se gwo, ak to a yap divòse se vit, yo pral fonn yon gwo kantite C nan miray la kreze pou fòme yon solisyon satire nan C. Solisyon sa yo ak yon gwo kantite. nan C ki fonn yo pral transpòte nan pati ki pi ba nan kristal grenn yo pa konveksyon nan solisyon oksilyè a.Akòz tanperati ki ba nan fen kristal grenn, solubilite nan C korespondan an diminye kòmsadwa, ak solisyon orijinal C-satire vin tounen yon solisyon supersaturated nan C apre yo fin transfere nan fen tanperati ki ba anba kondisyon sa a.Suprataturated C nan solisyon konbine avèk Si nan solisyon oksilyè ka grandi SiC kristal epitaxial sou kristal pitit pitit.Lè pati superforated nan C presipite soti, solisyon an retounen nan fen segondè-tanperati nan miray la creuze ak konveksyon, epi fonn C ankò yo fòme yon solisyon satire.
Tout pwosesis la repete, ak kristal SiC a grandi.Nan pwosesis la nan kwasans faz likid, yap divòse ak presipitasyon nan C nan solisyon se yon endèks trè enpòtan nan pwogrè kwasans.Yo nan lòd yo asire kwasans kristal ki estab, li nesesè kenbe yon balans ant yap divòse nan C nan miray la creuze ak presipitasyon an nan fen grenn.Si yap divòse C a pi gran pase presipitasyon C a, Lè sa a, C a nan kristal la ap anrichi piti piti, epi nwayo espontane nan SiC pral rive.Si yap divòse C a mwens pase presipitasyon C a, kwasans kristal la ap difisil pou pote soti akòz mank de solute.
An menm tan an, transpò a nan C pa konveksyon tou afekte rezèv la nan C pandan kwasans lan.Yo nan lòd yo grandi kristal SiC ak bon jan kalite bon ase kristal ak epesè ase, li nesesè asire balans lan nan twa eleman ki anwo yo, ki ogmante anpil difikilte pou kwasans faz likid SiC.Sepandan, ak amelyorasyon gradyèl ak amelyorasyon nan teyori ak teknoloji ki gen rapò, avantaj ki genyen nan kwasans faz likid nan kristal SiC pral piti piti montre.
Koulye a, kwasans lan faz likid nan kristal SiC 2-pous ka reyalize nan Japon, ak kwasans lan faz likid nan kristal 4-pous tou ap devlope.Kounye a, rechèch domestik ki enpòtan an pa te wè bon rezilta, epi li nesesè pou swiv travay rechèch ki enpòtan an.
Setyèm, Pwopriyete fizik ak chimik nan kristal SiC
(1) Pwopriyete mekanik: kristal SiC gen dite trè wo ak bon rezistans mete.Dite Mohs li yo se ant 9.2 ak 9.3, ak dite Krit li yo se ant 2900 ak 3100Kg / mm2, ki se dezyèm sèlman kristal dyaman nan mitan materyèl ki te dekouvri.Akòz ekselan pwopriyete mekanik SiC, poud SiC souvan itilize nan endistri koupe oswa fanm k'ap pile, ak yon demann anyèl ki rive jiska dè milyon de tòn.Kouch ki reziste a mete sou kèk pyès ap itilize tou SiC kouch, pou egzanp, kouch nan mete ki reziste sou kèk bato de gè konpoze de kouch SiC.
(2) Pwopriyete tèmik: konduktiviti tèmik nan SiC ka rive nan 3-5 W/cm·K, ki se 3 fwa sa yo ki nan tradisyonèl semi-conducteurs Si ak 8 fwa sa yo ki nan GaAs.Pwodiksyon chalè nan aparèy la prepare pa SiC ka byen vit fèt ale, kidonk kondisyon yo ki nan kondisyon yo dissipation chalè nan aparèy la SiC yo relativman lach, epi li se pi plis apwopriye pou preparasyon an nan aparèy ki gen gwo pouvwa.SiC gen pwopriyete tèrmodinamik ki estab.Anba kondisyon presyon nòmal, SiC pral dirèkteman dekonpoze an vapè ki gen Si ak C nan pi wo.
(3) Pwopriyete chimik: SiC gen pwopriyete chimik ki estab, bon rezistans korozyon, epi li pa reyaji ak okenn asid li te ye nan tanperati chanm.SiC mete nan lè a pou yon tan long pral tou dousman fòme yon kouch mens nan SiO2 dans, anpeche plis reyaksyon oksidasyon.Lè tanperati a monte a plis pase 1700 ℃, kouch mens SiO2 a fonn ak oksidasyon rapidman.SiC ka sibi yon reyaksyon oksidasyon dousman ak oksidan oswa baz fonn, ak gaufre SiC yo anjeneral korode nan KOH fonn ak Na2O2 pou karakterize debwatman nan kristal SiC..
(4) Pwopriyete elektrik: SiC kòm yon materyèl reprezantan nan semi-conducteurs bandgap lajè, lajè bandgap 6H-SiC ak 4H-SiC se 3.0 eV ak 3.2 eV respektivman, ki se 3 fwa sa yo ki nan Si ak 2 fwa sa yo ki nan GaAs.Aparèy semi-kondiktè ki fèt ak SiC gen pi piti aktyèl flit ak pi gwo pann elektrik jaden, kidonk SiC konsidere kòm yon materyèl ideyal pou aparèy ki gen gwo pouvwa.Mobilite elektwon satire nan SiC se tou 2 fwa pi wo pase sa yo ki nan Si, epi li tou gen avantaj evidan nan preparasyon an nan aparèy segondè-frekans.P-tip SiC kristal oswa N-kalite SiC kristal ka jwenn pa dopaj atòm yo enpurte nan kristal yo.Kounye a, kristal P-tip SiC yo sitou dope pa Al, B, Be, O, Ga, Sc ak lòt atòm, ak N-kalite kristal sic yo sitou dope pa atòm N.Diferans konsantrasyon dopan ak kalite pral gen yon gwo enpak sou pwopriyete fizik ak chimik SiC.An menm tan an, transpòtè a gratis ka kloure pa nivo a gwo twou san fon dopaj tankou V, ka reziste a ap ogmante, epi yo ka jwenn kristal semi-izolasyon SiC la.
(5) Pwopriyete optik: Akòz espas relativman lajè a, kristal SiC san dope a san koulè ak transparan.Kristal SiC dope yo montre koulè diferan akòz pwopriyete diferan yo, pou egzanp, 6H-SiC se vèt apre dopaj N;4H-SiC se mawon.15R-SiC se jòn.Dope ak Al, 4H-SiC parèt ble.Li se yon metòd entwisyon yo fè distenksyon ant kalite kristal SiC pa obsève diferans lan nan koulè.Avèk rechèch kontinyèl sou jaden ki gen rapò ak SiC nan 20 ane ki sot pase yo, gwo avans yo te fè nan teknoloji ki gen rapò.
Wityèm,Entwodiksyon estati devlopman SiC
Koulye a, endistri a SiC te vin de pli zan pli pafè, soti nan gauf substra, wafers epitaxial nan pwodiksyon aparèy, anbalaj, tout chèn endistriyèl la gen matirite, epi li ka bay SiC pwodwi ki gen rapò sou mache a.
Cree se yon lidè nan endistri kwasans kristal SiC ak yon pozisyon dirijan nan tou de gwosè ak kalite SiC substrate wafers.Cree kounye a pwodui 300,000 chips SiC substra chak ane, kontablite pou plis pase 80% nan anbakman mondyal.
Nan mwa septanm 2019, Cree te anonse ke li pral bati yon nouvo etablisman nan Eta New York, USA, ki pral sèvi ak teknoloji ki pi avanse pou ogmante pouvwa 200 mm dyamèt ak RF SiC substrate wafers, ki endike ke 200 mm SiC preparasyon materyèl substrate teknoloji li a gen. vin pi matirite.
Koulye a, pwodwi yo endikap nan chips substra SiC sou mache a se sitou 4H-SiC ak 6H-SiC kondiktif ak semi-izole kalite 2-6 pous.
Nan mwa Oktòb 2015, Cree te premye moun ki te lanse 200 mm SiC substrate wafers pou N-tip ak dirije, ki make kòmansman 8-pous SiC substrate wafers yo sou mache a.
Nan 2016, Romm te kòmanse patwone ekip Venturi a e li te premye moun ki sèvi ak konbinezon IGBT + SiC SBD nan machin nan pou ranplase solisyon IGBT + Si FRD nan tradisyonèl 200 kW varyateur la.Apre amelyorasyon an, pwa varyateur la redwi pa 2 kg ak gwosè a redwi a 19% pandan w ap kenbe menm pouvwa a.
Nan 2017, apre adopsyon an plis nan SiC MOS + SiC SBD, se pa sèlman pwa a redwi pa 6 kg, gwosè a redwi pa 43%, ak pouvwa a varyateur tou ogmante soti nan 200 kW a 220 kW.
Apre Tesla te adopte aparèy ki baze sou SIC nan envèstisè prensipal yo nan pwodwi Modèl 3 li yo nan 2018, efè demonstrasyon an te rapidman anplifye, fè mache otomobil xEV la byento yon sous eksitasyon pou mache SiC la.Avèk aplikasyon an siksè nan SiC, valè pwodiksyon mache li yo te ogmante tou rapidman.
Nevyèm,Konklizyon:
Avèk amelyorasyon kontinyèl nan teknoloji endistri ki gen rapò SiC, sede ak fyab li yo pral amelyore plis, pri a nan aparèy SiC yo pral redwi tou, ak compétitivité sou mache a nan SiC yo pral pi evidan.Nan tan kap vini an, aparèy SiC yo pral pi lajman itilize nan divès domèn tankou otomobil, kominikasyon, griy elektrik, ak transpò, ak mache pwodwi a pral pi laj, ak gwosè mache a pral plis elaji, vin tounen yon sipò enpòtan pou nasyonal la. ekonomi.
Lè poste: Jan-25-2024