A szilícium-karbid története és a szilícium-karbid bevonat alkalmazása

A szilícium-karbid (SiC) fejlesztése és alkalmazásai

1. A SiC innováció évszázada
A szilícium-karbid (SiC) útja 1893-ban kezdődött, amikor Edward Goodrich Acheson megtervezte az Acheson kemencét, szén anyagok felhasználásával a SiC ipari előállítását kvarc és szén elektromos melegítésével. Ez a találmány jelentette a SiC iparosításának kezdetét, és szabadalmat szerzett Achesonnak.

A 20. század elején a SiC-t elsősorban csiszolóanyagként használták figyelemre méltó keménysége és kopásállósága miatt. A 20. század közepére a kémiai gőzlerakódás (CVD) technológia fejlődése új lehetőségeket nyitott meg. A Bell Labs kutatói Rustum Roy vezetésével lefektették a CVD SiC alapjait, és létrehozták az első SiC bevonatokat grafit felületeken.

Az 1970-es években jelentõs áttörés következett be, amikor a Union Carbide Corporation SiC-bevonatú grafitot alkalmazott gallium-nitrid (GaN) félvezetõ anyagok epitaxiális növekedésében. Ez a fejlődés kulcsszerepet játszott a nagy teljesítményű GaN-alapú LED-ek és lézerek esetében. Az évtizedek során a szilícium-karbid bevonatok a félvezetőkön túl terjedtek a repülőgépiparban, az autóiparban és a teljesítményelektronikában, a gyártási technikák fejlesztésének köszönhetően.

Manapság az olyan újítások, mint a termikus permetezés, a PVD és a nanotechnológia, tovább javítják a SiC bevonatok teljesítményét és alkalmazását, bemutatva a benne rejlő lehetőségeket az élvonalbeli területeken.

2. A SiC kristályszerkezetének és felhasználásának megértése
A SiC több mint 200 politípussal büszkélkedhet, amelyeket atomos elrendezésük szerint köbös (3C), hatszögletű (H) és romboéderes (R) szerkezetekbe sorolnak. Ezek közül a 4H-SiC-ot és a 6H-SiC-ot széles körben használják nagy teljesítményű és optoelektronikai eszközökben, míg a β-SiC-t kiváló hővezető képessége, kopásállósága és korrózióállósága miatt értékelik.

β-SiCegyedi tulajdonságok, mint például a hővezető képessége120-200 W/m·KA grafithoz szorosan illeszkedő hőtágulási együttható pedig az ostya epitaxiás berendezések felületi bevonatainak előnyben részesített anyagává teszi.

3. SiC bevonatok: Tulajdonságok és előállítási technikák
A SiC bevonatokat, jellemzően β-SiC-t széles körben alkalmazzák a felületi tulajdonságok, például a keménység, a kopásállóság és a hőstabilitás javítására. Az általános elkészítési módszerek a következők:

• Kémiai gőzleválasztás (CVD):Kiváló minőségű bevonatokat biztosít kiváló tapadóképességgel és egyenletességgel, ideális nagy és összetett aljzatokhoz.
• Fizikai gőzlerakódás (PVD):Pontos szabályozást biztosít a bevonat összetétele felett, alkalmas nagy pontosságú alkalmazásokhoz.
• Permetezési technikák, elektrokémiai leválasztás és iszapos bevonat: Költséghatékony alternatívaként szolgálhat bizonyos alkalmazásokhoz, bár a tapadás és az egyenletesség tekintetében eltérő korlátokkal.

Mindegyik módszert az aljzat jellemzői és az alkalmazási követelmények alapján kell kiválasztani.

4. SiC bevonatú grafit szuszceptorok MOCVD-ben
A SiC bevonatú grafit szuszceptorok nélkülözhetetlenek a fém szerves kémiai gőzleválasztásban (MOCVD), amely a félvezető és az optoelektronikai anyagok gyártásában kulcsfontosságú folyamat.

Ezek a szuszceptorok erőteljes támogatást nyújtanak az epitaxiális filmnövekedéshez, biztosítják a hőstabilitást és csökkentik a szennyeződések szennyeződését. A SiC bevonat javítja az oxidációval szembeni ellenállást, a felületi tulajdonságokat és a felület minőségét is, lehetővé téve a precíz szabályozást a film növekedése során.

5. Haladás a jövő felé
Az elmúlt években jelentős erőfeszítések irányultak a SiC bevonatú grafithordozók gyártási folyamatainak javítására. A kutatók a bevonat tisztaságának, egyenletességének és élettartamának növelésére összpontosítanak, miközben csökkentik a költségeket. Ezenkívül az innovatív anyagok feltárása, mint pltantál-karbid (TaC) bevonatokpotenciális javulást kínál a hővezető képesség és a korrózióállóság terén, megnyitva az utat a következő generációs megoldások előtt.

Mivel a SiC bevonatú grafit szuszceptorok iránti kereslet folyamatosan növekszik, az intelligens gyártás és az ipari méretű gyártás fejlődése tovább fogja támogatni a kiváló minőségű termékek fejlesztését, hogy megfeleljenek a félvezető- és optoelektronikai ipar változó igényeinek.