To‘rtinchidan, Jismoniy bug 'o'tkazish usuli
Jismoniy bug 'tashuvi (PVT) usuli 1955 yilda Lely tomonidan ixtiro qilingan bug' fazali sublimatsiya texnologiyasidan kelib chiqqan. SiC kukuni grafit naychasiga joylashtiriladi va SiC kukunini parchalash va sublimatsiya qilish uchun yuqori haroratgacha isitiladi, so'ngra grafit trubkasi sovutiladi.SiC kukunining parchalanishidan so'ng, bug 'fazasi komponentlari grafit trubkasi atrofida SiC kristallariga yotqiziladi va kristallanadi.Ushbu usul katta hajmdagi SiC monokristallarini olish qiyin bo'lsa-da va grafit naychasida cho'kish jarayonini nazorat qilish qiyin bo'lsa-da, u keyingi tadqiqotchilar uchun g'oyalarni beradi.
Ym Terairov va boshqalar.Rossiyada shu asosda urug 'kristallari tushunchasini kiritdi va boshqarib bo'lmaydigan kristall shakli va SiC kristallarining yadrolanish holati muammosini hal qildi.Keyingi tadqiqotchilar bugungi kunda sanoatda foydalanishda fizik gaz fazasini tashish (PVT) usulini takomillashtirishni davom ettirdilar va ishlab chiqdilar.
SiC kristalining o'sishining eng qadimgi usuli sifatida, jismoniy bug 'o'tkazish usuli SiC kristalining o'sishi uchun eng asosiy o'sish usuli hisoblanadi.Boshqa usullar bilan solishtirganda, usul o'sish uskunalari, oddiy o'sish jarayoni, kuchli nazorat qilish, puxta ishlab chiqish va tadqiqotlar uchun past talablarga ega va sanoatda qo'llanilishini amalga oshirdi.Hozirgi asosiy PVT usuli bilan o'stirilgan kristallning tuzilishi rasmda ko'rsatilgan.
Eksenel va radial harorat maydonlarini grafit tigelning tashqi issiqlik izolyatsiyasi sharoitlarini nazorat qilish orqali nazorat qilish mumkin.SiC kukuni yuqori haroratli grafit tigelning pastki qismiga joylashtiriladi va SiC urug'i kristalli grafit tigelning yuqori qismida pastroq haroratda o'rnatiladi.Kukun va urug' orasidagi masofa odatda o'sayotgan monokristal va kukun o'rtasidagi aloqani oldini olish uchun o'nlab millimetr bo'lishi uchun nazorat qilinadi.Harorat gradienti odatda 15-35 ℃ / sm oralig'ida.Konvektsiyani oshirish uchun pechda 50-5000 Pa inert gaz saqlanadi.Shunday qilib, SiC kukuni induksion isitish orqali 2000-2500 ℃ ga qizdirilgandan so'ng, SiC kukuni sublimatsiyalanadi va Si, Si2C, SiC2 va boshqa bug 'komponentlariga parchalanadi va gaz konvektsiyasi bilan urug'ning uchiga ko'chiriladi va Yagona kristall o'sishiga erishish uchun SiC kristalli urug'lik kristalida kristallanadi.Uning odatiy o'sish tezligi 0,1-2 mm / soat.
PVT jarayoni o'sish harorati, harorat gradienti, o'sish yuzasi, material sirt oralig'i va o'sish bosimini nazorat qilishga qaratilgan, uning afzalligi shundaki, uning jarayoni nisbatan etuk, xom ashyoni ishlab chiqarish oson, xarajat past, lekin o'sish jarayoni PVT usulini kuzatish qiyin, kristall o'sish tezligi 0,2-0,4 mm / soat, katta qalinlikdagi (>50 mm) kristallarni etishtirish qiyin.O'nlab yillar davom etgan sa'y-harakatlardan so'ng, PVT usuli bilan yetishtirilgan SiC substrat gofretlarining joriy bozori juda katta bo'ldi va SiC substrat gofretlarining yillik ishlab chiqarishi yuz minglab gofretlarga yetishi mumkin va uning o'lchami asta-sekin 4 dyuymdan 6 dyuymgacha o'zgaradi. , va 8 dyuymli SiC substrat namunalarini ishlab chiqdi.
Beshinchisi,Yuqori haroratli kimyoviy bug'larni joylashtirish usuli
Yuqori haroratli kimyoviy bug'larni cho'ktirish (HTCVD) kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) ga asoslangan takomillashtirilgan usuldir.Usul birinchi marta 1995 yilda Kordina va boshqalar tomonidan taklif qilingan, Linkoping universiteti, Shvetsiya.
O'sish strukturasi diagrammasi rasmda ko'rsatilgan:
Eksenel va radial harorat maydonlarini grafit tigelning tashqi issiqlik izolyatsiyasi sharoitlarini nazorat qilish orqali nazorat qilish mumkin.SiC kukuni yuqori haroratli grafit tigelning pastki qismiga joylashtiriladi va SiC urug'i kristalli grafit tigelning yuqori qismida pastroq haroratda o'rnatiladi.Kukun va urug' orasidagi masofa odatda o'sayotgan monokristal va kukun o'rtasidagi aloqani oldini olish uchun o'nlab millimetr bo'lishi uchun nazorat qilinadi.Harorat gradienti odatda 15-35 ℃ / sm oralig'ida.Konvektsiyani oshirish uchun pechda 50-5000 Pa inert gaz saqlanadi.Shunday qilib, SiC kukuni induksion isitish orqali 2000-2500 ℃ ga qizdirilgandan so'ng, SiC kukuni sublimatsiyalanadi va Si, Si2C, SiC2 va boshqa bug 'komponentlariga parchalanadi va gaz konvektsiyasi bilan urug'ning uchiga ko'chiriladi va Yagona kristall o'sishiga erishish uchun SiC kristalli urug'lik kristalida kristallanadi.Uning odatiy o'sish tezligi 0,1-2 mm / soat.
PVT jarayoni o'sish harorati, harorat gradienti, o'sish yuzasi, material sirt oralig'i va o'sish bosimini nazorat qilishga qaratilgan, uning afzalligi shundaki, uning jarayoni nisbatan etuk, xom ashyoni ishlab chiqarish oson, xarajat past, lekin o'sish jarayoni PVT usulini kuzatish qiyin, kristall o'sish tezligi 0,2-0,4 mm / soat, katta qalinlikdagi (>50 mm) kristallarni etishtirish qiyin.O'nlab yillar davom etgan sa'y-harakatlardan so'ng, PVT usuli bilan yetishtirilgan SiC substrat gofretlarining joriy bozori juda katta bo'ldi va SiC substrat gofretlarining yillik ishlab chiqarishi yuz minglab gofretlarga yetishi mumkin va uning o'lchami asta-sekin 4 dyuymdan 6 dyuymgacha o'zgaradi. , va 8 dyuymli SiC substrat namunalarini ishlab chiqdi.
Beshinchisi,Yuqori haroratli kimyoviy bug'larni joylashtirish usuli
Yuqori haroratli kimyoviy bug'larni cho'ktirish (HTCVD) kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) ga asoslangan takomillashtirilgan usuldir.Usul birinchi marta 1995 yilda Kordina va boshqalar tomonidan taklif qilingan, Linkoping universiteti, Shvetsiya.
O'sish strukturasi diagrammasi rasmda ko'rsatilgan:
SiC kristalli suyuq fazali usulda o'stirilganda, yordamchi eritma ichidagi harorat va konveksiya taqsimoti rasmda ko'rsatilgan:
Ko'rinib turibdiki, yordamchi eritmadagi tigel devori yaqinidagi harorat yuqoriroq, urug' kristalidagi harorat esa pastroq.O'sish jarayonida grafit tigel kristall o'sishi uchun C manbasini ta'minlaydi.Tigel devoridagi harorat yuqori, C ning eruvchanligi katta va erish tezligi tez bo'lgani uchun, tigel devorida ko'p miqdorda C erigan bo'lib, C ning to'yingan eritmasini hosil qiladi. Bu eritmalar katta miqdorda bo'ladi. C ning erigan qismi yordamchi eritma ichida konvektsiya yo'li bilan urug' kristallarining pastki qismiga o'tkaziladi.Urug 'kristal uchining past harorati tufayli tegishli S ning eruvchanligi mos ravishda pasayadi va dastlabki C ga to'yingan eritma bu holatda past haroratli uchiga o'tkazilgandan so'ng C ning o'ta to'yingan eritmasiga aylanadi.Yordamchi eritmadagi Si bilan birlashtirilgan eritmadagi suprataturatsiyalangan C SiC kristalli urug 'kristalida epitaksial o'sishi mumkin.C ning superforatsiyalangan qismi cho'kmaga tushganda, eritma konvektsiya bilan tigel devorining yuqori haroratli uchiga qaytadi va to'yingan eritma hosil qilish uchun C ni yana eritadi.
Butun jarayon takrorlanadi va SiC kristalli o'sadi.Suyuq fazaning o'sishi jarayonida C ning eritmada erishi va cho'kishi o'sish jarayonining juda muhim ko'rsatkichidir.Barqaror kristall o'sishini ta'minlash uchun C ning tigel devorida erishi va urug'ning oxiridagi yog'ingarchilik o'rtasidagi muvozanatni saqlash kerak.Agar C ning erishi C ning cho'kmasidan katta bo'lsa, u holda kristaldagi C asta-sekin boyib boradi va SiC ning o'z-o'zidan yadrolanishi sodir bo'ladi.Agar C ning erishi C ning cho'kmasidan kam bo'lsa, erigan moddaning etishmasligi tufayli kristall o'sishi qiyin bo'ladi.
Shu bilan birga, konvektsiya orqali C ning tashishi o'sish davrida C ning etkazib berilishiga ham ta'sir qiladi.SiC kristallarini etarlicha yaxshi kristall sifati va etarlicha qalinligi bilan etishtirish uchun yuqoridagi uchta elementning muvozanatini ta'minlash kerak, bu SiC suyuqlik fazasining o'sishi qiyinligini sezilarli darajada oshiradi.Biroq, tegishli nazariyalar va texnologiyalarni bosqichma-bosqich takomillashtirish va takomillashtirish bilan SiC kristallarining suyuq fazasi o'sishining afzalliklari asta-sekin namoyon bo'ladi.
Hozirgi vaqtda Yaponiyada 2 dyuymli SiC kristallarining suyuq fazasi o'sishiga erishish mumkin va 4 dyuymli kristallarning suyuq fazasi o'sishi ham ishlab chiqilmoqda.Hozirgi vaqtda tegishli mahalliy tadqiqotlar yaxshi natijalarni ko'rmadi va tegishli tadqiqot ishlarini kuzatib borish kerak.
Ettinchi, SiC kristallarining fizik va kimyoviy xossalari
(1) Mexanik xususiyatlar: SiC kristallari juda yuqori qattiqlik va yaxshi aşınma qarshilikka ega.Uning Mohs qattiqligi 9,2 dan 9,3 gacha, Krit qattiqligi esa 2900 dan 3100Kg/mm2 gacha, bu topilgan materiallar orasida olmos kristallaridan keyin ikkinchi o'rinda turadi.SiC ning mukammal mexanik xususiyatlari tufayli kukun SiC ko'pincha kesish yoki maydalash sanoatida qo'llaniladi, yillik talab millionlab tonnagacha.Ba'zi ish qismlarida aşınmaya bardoshli qoplama SiC qoplamasidan ham foydalanadi, masalan, ba'zi harbiy kemalardagi aşınmaya bardoshli qoplama SiC qoplamasidan iborat.
(2) Issiqlik xususiyatlari: SiC ning issiqlik o'tkazuvchanligi 3-5 Vt / sm · K ga yetishi mumkin, bu an'anaviy yarimo'tkazgich Si dan 3 baravar va GaAs dan 8 barobar ko'pdir.SiC tomonidan tayyorlangan qurilmaning issiqlik ishlab chiqarishi tezda olib tashlanishi mumkin, shuning uchun SiC qurilmasining issiqlik tarqalish shartlariga qo'yiladigan talablar nisbatan erkindir va u yuqori quvvatli qurilmalarni tayyorlash uchun ko'proq mos keladi.SiC barqaror termodinamik xususiyatlarga ega.Oddiy bosim sharoitida SiC to'g'ridan-to'g'ri Si va C yuqori bo'lgan bug'ga parchalanadi.
(3) Kimyoviy xususiyatlar: SiC barqaror kimyoviy xususiyatlarga ega, yaxshi korroziyaga chidamli va xona haroratida ma'lum kislota bilan reaksiyaga kirishmaydi.Havoda uzoq vaqt joylashtirilgan SiC asta-sekin zich SiO2 ning yupqa qatlamini hosil qiladi va keyingi oksidlanish reaktsiyalarining oldini oladi.Harorat 1700 ℃ dan oshganda, SiO2 yupqa qatlami eriydi va tez oksidlanadi.SiC eritilgan oksidlovchilar yoki asoslar bilan sekin oksidlanish reaktsiyasiga kirishishi mumkin va SiC gofretlari odatda SiC kristallaridagi dislokatsiyani tavsiflash uchun eritilgan KOH va Na2O2 da korroziyaga uchraydi..
(4) Elektr xususiyatlari: SiC keng diapazonli yarimo'tkazgichlarning vakillik materiali sifatida, 6H-SiC va 4H-SiC tarmoqli kengligi mos ravishda 3,0 eV va 3,2 eV ni tashkil qiladi, bu Si dan 3 baravar va GaAs dan 2 baravar ko'pdir.SiC dan tayyorlangan yarimo'tkazgichli qurilmalar kichikroq oqish oqimiga va katta parchalanish elektr maydoniga ega, shuning uchun SiC yuqori quvvatli qurilmalar uchun ideal material sifatida qabul qilinadi.SiC ning to'yingan elektron harakatchanligi ham Si dan 2 baravar yuqori va yuqori chastotali qurilmalarni tayyorlashda ham aniq afzalliklarga ega.P-tipli SiC kristallari yoki N-tipli SiC kristallari kristallardagi nopoklik atomlarini doping qilish orqali olinishi mumkin.Hozirgi vaqtda P tipidagi SiC kristallari asosan Al, B, Be, O, Ga, Sc va boshqa atomlar bilan, N tipidagi sic kristallari esa N atomlari bilan qo'shiladi.Doping kontsentratsiyasi va turidagi farq SiC ning fizik va kimyoviy xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatadi.Shu bilan birga, erkin tashuvchini V kabi chuqur darajadagi doping bilan mixlash mumkin, qarshilikni oshirish va yarim izolyatsiya qiluvchi SiC kristalini olish mumkin.
(5) Optik xususiyatlar: nisbatan keng tarmoqli bo'shlig'i tufayli, qo'shilmagan SiC kristalli rangsiz va shaffofdir.Dopinglangan SiC kristallari turli xossalari tufayli turli xil ranglarni ko'rsatadi, masalan, N dopingdan keyin 6H-SiC yashil rangga ega;4H-SiC jigarrang rangga ega.15R-SiC sariq rangda.Al bilan qo'shilgan 4H-SiC ko'k rangda ko'rinadi.Bu rang farqini kuzatish orqali SiC kristalli turini ajratishning intuitiv usulidir.So'nggi 20 yil ichida SiC bilan bog'liq sohalar bo'yicha doimiy izlanishlar natijasida tegishli texnologiyalarda katta yutuqlarga erishildi.
Sakkizinchi,SiC rivojlanish holatini joriy etish
Hozirgi vaqtda SiC sanoati substrat gofretlari, epitaksial gofretlardan qurilma ishlab chiqarishga, qadoqlashgacha borgan sari mukammallashdi, butun sanoat zanjiri etuk bo'ldi va u bozorga SiC bilan bog'liq mahsulotlarni etkazib bera oladi.
Cree SiC kristalli o'sish sanoatida etakchi bo'lib, SiC substrat gofretlarining hajmi va sifati bo'yicha etakchi mavqega ega.Hozirda Cree yiliga 300 000 ta SiC substrat chiplarini ishlab chiqaradi, bu global jo'natmalarning 80% dan ortig'ini tashkil qiladi.
2019-yil sentabr oyida Cree Nyu-York shtatida (AQSh) yangi ob'ekt qurishini e'lon qildi, u 200 mm diametrli quvvat va RF SiC substratli gofretlarni etishtirish uchun eng ilg'or texnologiyadan foydalanadi, bu uning 200 mm SiC substrat materiallarini tayyorlash texnologiyasiga ega ekanligini ko'rsatadi. yanada etuk bo'lish.
Hozirgi vaqtda bozorda SiC substrat chiplarining asosiy mahsulotlari asosan 2-6 dyuymli 4H-SiC va 6H-SiC o'tkazuvchan va yarim izolyatsiyalangan turlari hisoblanadi.
2015 yil oktyabr oyida Cree birinchi bo'lib N tipidagi va LED uchun 200 mm SiC substratli gofretlarni bozorga chiqardi, bu 8 dyuymli SiC substratli gofretlarning bozorga chiqishini belgilab berdi.
2016 yilda Romm Venturi jamoasiga homiylik qilishni boshladi va an'anaviy 200 kVt inverterdagi IGBT + Si FRD yechimini almashtirish uchun birinchi bo'lib avtomobilda IGBT + SiC SBD kombinatsiyasidan foydalandi.Yaxshilashdan so'ng, inverterning og'irligi 2 kg ga kamayadi va bir xil quvvatni saqlab, hajmi 19% ga kamayadi.
2017 yilda SiC MOS + SiC SBD keyingi qabul qilingandan so'ng, nafaqat og'irligi 6 kg ga, o'lchami 43% ga qisqardi va inverter quvvati ham 200 kVt dan 220 kVt gacha oshiriladi.
2018 yilda Tesla o'zining Model 3 mahsulotlarining asosiy haydovchi invertorlarida SICga asoslangan qurilmalarni qabul qilgandan so'ng, namoyish effekti tezda kuchayib, xEV avtomobil bozorini tez orada SiC bozori uchun hayajon manbaiga aylantirdi.SiC ning muvaffaqiyatli qo'llanilishi bilan uning tegishli bozor qiymati ham tez o'sdi.
To'qqizinchi,Xulosa:
SiC bilan bog'liq sanoat texnologiyalarini doimiy ravishda takomillashtirish bilan uning rentabelligi va ishonchliligi yanada yaxshilanadi, SiC qurilmalarining narxi ham pasayadi va SiC ning bozor raqobatbardoshligi yanada aniq bo'ladi.Kelajakda SiC qurilmalari avtomobillar, aloqa, elektr tarmoqlari va transport kabi turli sohalarda kengroq qo'llaniladi va mahsulot bozori yanada kengayadi va bozor hajmi yanada kengayib, milliy ishlab chiqarish uchun muhim yordamga aylanadi. iqtisodiyot.
Xabar vaqti: 25-yanvar-2024