Ceathrú, Modh aistrithe gaile fisiciúil
D'eascair modh iompair gaile fisiceach (PVT) ón teicneolaíocht sublimation céim gaile a chruthaigh Lely i 1955. Cuirtear an púdar SiC i bhfeadán graifíte agus téitear go teocht ard chun an púdar SiC a dhianscaoileadh agus a sublimate, agus ansin déantar an feadán graifíte a fhuaraithe. Tar éis an púdar SiC a dhianscaoileadh, déantar na comhpháirteanna céim gaile a thaisceadh agus a chriostalú i gcriostail SiC timpeall an fheadáin graifíte. Cé go bhfuil an modh seo deacair criostail aonair SiC mórmhéid a fháil, agus go bhfuil an próiseas taisce sa fheadán graifíte deacair a rialú, soláthraíonn sé smaointe do thaighdeoirí ina dhiaidh sin.
Ym Terairov et al. sa Rúis tugadh isteach coincheap na criostail síl ar an mbonn seo, agus réitigh sé an fhadhb a bhaineann le cruth criostail neamhrialaithe agus suíomh núiclithe criostail SiC. Lean taighdeoirí ina dhiaidh sin ar aghaidh ag feabhsú agus ar deireadh d'fhorbair siad an modh iompair chéim gáis fhisiciúil (PVT) in úsáid thionsclaíoch inniu.
Mar an modh fáis criostail SiC is luaithe, is é modh aistrithe gaile fisiceach an modh fáis is príomhshrutha d'fhás criostail SiC. I gcomparáid le modhanna eile, tá ceanglais íseal ag an modh maidir le trealamh fáis, próiseas fáis simplí, inrialaitheacht láidir, forbairt chríochnúil agus taighde, agus tá feidhm thionsclaíoch bainte amach aige. Taispeántar struchtúr criostail a d'fhás an modh PVT príomhshrutha reatha san fhigiúr.
Is féidir na réimsí teochta aiseach agus gathacha a rialú trí choinníollacha inslithe theirmigh seachtracha an bhreogán graifíte a rialú. Cuirtear an púdar SiC ag bun an bhreogán graifíte le teocht níos airde, agus socraítear an criostail síl SiC ag barr an bhreogán graifíte le teocht níos ísle. Go ginearálta rialaítear an fad idir an púdar agus an síol le deich milliméadar chun teagmháil a sheachaint idir an criostail aonair atá ag fás agus an púdar. Is gnách go mbíonn an grádán teochta sa raon 15-35 ℃ / cm. Coimeádtar gás támh de 50-5000 Pa sa foirnéis chun comhiompar a mhéadú. Ar an mbealach seo, tar éis an púdar SiC a théamh go 2000-2500 ℃ trí théamh ionduchtaithe, déanfaidh an púdar SiC sublimate agus dianscaoileann isteach i Si, Si2C, SiC2 agus comhpháirteanna gaile eile, agus déanfar é a iompar go dtí an deireadh síolta le comhiompar gáis, agus an Tá criostail SiC criostalaithe ar an gcriostail síl chun fás criostail aonair a bhaint amach. Is é a ráta fáis tipiciúil ná 0.1-2mm/u.
Díríonn próiseas PVT ar rialú teochta fáis, grádán teochta, dromchla fáis, spásáil dromchla ábhar agus brú fáis, is é an buntáiste atá aige ná go bhfuil a phróiseas sách aibí, go bhfuil amhábhair éasca a tháirgeadh, tá an costas íseal, ach tá an próiseas fáis de Is deacair modh PVT a thabhairt faoi deara, ráta fáis criostail de 0.2-0.4mm / h, tá sé deacair criostail a fhás le tiús mór (> 50mm). Tar éis blianta fada d'iarrachtaí leanúnacha, tá an margadh reatha le haghaidh sliseog tsubstráit SiC arna fhás trí mhodh PVT an-ollmhór, agus is féidir le haschur bliantúil sliseog tsubstráit SiC na céadta mílte sliseog a bhaint amach, agus tá a mhéid ag athrú de réir a chéile ó 4 orlach go 6 orlach. , agus tá 8 orlach de shamplaí tsubstráit SiC forbartha aige.
An cúigiú,Modh taisceadh gaile ceimiceach teocht ard
Is modh feabhsaithe é Stilíocht Gail Cheimiceach Ardteochta (HTCVD) atá bunaithe ar Sheoladh Ceimiceach Gaile (CVD). Mhol Kordina et al., Ollscoil Linkoping, an tSualainn an modh den chéad uair i 1995.
Tá léaráid an struchtúir fáis léirithe san fhíor:
Is féidir na réimsí teochta aiseach agus gathacha a rialú trí choinníollacha inslithe theirmigh seachtracha an bhreogán graifíte a rialú. Cuirtear an púdar SiC ag bun an bhreogán graifíte le teocht níos airde, agus socraítear an criostail síl SiC ag barr an bhreogán graifíte le teocht níos ísle. Go ginearálta rialaítear an fad idir an púdar agus an síol le deich milliméadar chun teagmháil a sheachaint idir an criostail aonair atá ag fás agus an púdar. Is gnách go mbíonn an grádán teochta sa raon 15-35 ℃ / cm. Coimeádtar gás támh de 50-5000 Pa sa foirnéis chun comhiompar a mhéadú. Ar an mbealach seo, tar éis an púdar SiC a théamh go 2000-2500 ℃ trí théamh ionduchtaithe, déanfaidh an púdar SiC sublimate agus dianscaoileann isteach i Si, Si2C, SiC2 agus comhpháirteanna gaile eile, agus déanfar é a iompar go dtí an deireadh síolta le comhiompar gáis, agus an Tá criostail SiC criostalaithe ar an gcriostail síl chun fás criostail aonair a bhaint amach. Is é a ráta fáis tipiciúil ná 0.1-2mm/u.
Díríonn próiseas PVT ar rialú teochta fáis, grádán teochta, dromchla fáis, spásáil dromchla ábhar agus brú fáis, is é an buntáiste atá aige ná go bhfuil a phróiseas sách aibí, go bhfuil amhábhair éasca a tháirgeadh, tá an costas íseal, ach tá an próiseas fáis de Is deacair modh PVT a thabhairt faoi deara, ráta fáis criostail de 0.2-0.4mm / h, tá sé deacair criostail a fhás le tiús mór (> 50mm). Tar éis blianta fada d'iarrachtaí leanúnacha, tá an margadh reatha le haghaidh sliseog tsubstráit SiC arna fhás trí mhodh PVT an-ollmhór, agus is féidir le haschur bliantúil sliseog tsubstráit SiC na céadta mílte sliseog a bhaint amach, agus tá a mhéid ag athrú de réir a chéile ó 4 orlach go 6 orlach. , agus tá 8 orlach de shamplaí tsubstráit SiC forbartha aige.
An cúigiú,Modh taisceadh gaile ceimiceach teocht ard
Is modh feabhsaithe é Stilíocht Gail Cheimiceach Ardteochta (HTCVD) atá bunaithe ar Sheoladh Ceimiceach Gaile (CVD). Mhol Kordina et al., Ollscoil Linkoping, an tSualainn an modh den chéad uair i 1995.
Tá léaráid an struchtúir fáis léirithe san fhíor:
Nuair a fhástar an criostail SiC trí mhodh céime leachta, taispeántar an teocht agus an dáileadh comhiompar taobh istigh den tuaslagán cúnta san fhigiúr:
Is féidir a fheiceáil go bhfuil an teocht in aice leis an mballa breogán sa tuaslagán cúnta níos airde, agus tá an teocht ag an gcriostail síolta níos ísle. Le linn an phróisis fáis, soláthraíonn an breogán graifíte foinse C le haghaidh fás criostail. Toisc go bhfuil an teocht ag an mballa breogán ard, tá tuaslagthacht C mór, agus tá an ráta díscaoilte tapa, déanfar cuid mhór C a thuaslagadh ag an mballa breogán chun tuaslagán sáithithe C a fhoirmiú. de C tuaslagtha a iompar go dtí an chuid íochtair den criostail síl trí chomhiompar laistigh den tuaslagán cúnta. Mar gheall ar theocht íseal an deireadh criostail síol, laghdaítear tuaslagthacht an chreasaigh C chomhfhreagrach, agus déantar an tuaslagán C-sáithithe bunaidh chun bheith ina thuaslagán sár-sháithithe de C tar éis é a aistriú go dtí an deireadh teocht íseal faoin gcoinníoll seo. Is féidir le C suprataturated i dtuaslagán in éineacht le Si i dtuaslagán cúnta criostal epitaxial SiC a fhás ar chriostail síl. Nuair a sceitheann an chuid forfhorraithe de C amach, filleann an tuaslagán ar ais go dtí foirceann ardteochta an bhalla breogán le comhiompar, agus tuaslagann C arís chun tuaslagán sáithithe a dhéanamh.
Athuair an próiseas iomlán, agus fásann an criostail SiC. Sa phróiseas fáis chéim leachtach, tá díscaoileadh agus deascadh C i réiteach innéacs an-tábhachtach maidir le dul chun cinn fáis. D'fhonn fás criostail cobhsaí a áirithiú, is gá cothromaíocht a choinneáil idir díscaoileadh C ag an mballa breogán agus an deascadh ag deireadh na síolta. Má tá an díscaoileadh C níos mó ná an deascadh C, ansin déantar an C sa chriostail a shaibhriú de réir a chéile, agus tarlóidh núicléas spontáineach SiC. Má tá an díscaoileadh C níos lú ná an deascadh C, beidh an fás criostail deacair a dhéanamh mar gheall ar an easpa tuaslagáit.
Ag an am céanna, bíonn tionchar ag iompar C trí chomhiompar freisin ar sholáthar C le linn fáis. D'fhonn criostail SiC a fhás le cáilíocht criostail maith go leor agus tiús leordhóthanach, is gá cothromaíocht na dtrí ghné thuas a áirithiú, rud a mhéadaíonn go mór an deacracht a bhaineann le fás céim leachtach SiC. Mar sin féin, le feabhas agus feabhsú de réir a chéile ar theoiricí agus ar theicneolaíochtaí gaolmhara, taispeánfaidh na buntáistí a bhaineann le fás céim leachtach de chriostail SiC de réir a chéile.
Faoi láthair, is féidir an fás céim leachtach de chriostail SiC 2-orlach a bhaint amach sa tSeapáin, agus tá fás céim leachtach criostail 4-orlach á fhorbairt freisin. Faoi láthair, níl torthaí maithe feicthe ag an taighde baile ábhartha, agus is gá an obair thaighde ábhartha a leanúint.
Seachtú, Airíonna fisiceacha agus ceimiceacha criostail SiC
(1) Airíonna meicniúla: Tá cruas an-ard agus friotaíocht caitheamh maith ag criostail SiC. Tá a chruas Mohs idir 9.2 agus 9.3, agus tá a chruas Krit idir 2900 agus 3100Kg/mm2, nach bhfuil sa dara háit ach le criostail diamanta i measc na n-ábhar a thángthas orthu. Mar gheall ar airíonna meicniúla den scoth SiC, is minic a úsáidtear púdar SiC sa tionscal gearrtha nó meilt, agus tá éileamh bliantúil suas le milliúin tonna ann. Úsáidfidh an sciath caitheamh-resistant ar roinnt píosaí oibre sciath SiC freisin, mar shampla, tá an sciath caitheamh-resistant ar roinnt longa cogaidh comhdhéanta de bhratú SiC.
(2) Airíonna teirmeacha: is féidir le seoltacht theirmeach SiC 3-5 W/cm·K a bhaint amach, atá 3 huaire níos mó ná an leathsheoltóra Si traidisiúnta agus 8 n-uaire níos mó ná GaAs. Is féidir táirgeadh teasa an fheiste a d'ullmhaigh SiC a dhéanamh go tapa ar shiúl, agus mar sin tá ceanglais choinníollacha diomailt teasa an fheiste SiC sách scaoilte, agus tá sé níos oiriúnaí le haghaidh feistí ardchumhachta a ullmhú. Tá airíonna teirmidinimiciúla cobhsaí ag SiC. Faoi ghnáthchoinníollacha brú, déanfar SiC a dhianscaoileadh go díreach isteach i ngala ina bhfuil Si agus C níos airde.
(3) Airíonna ceimiceacha: Tá airíonna ceimiceacha cobhsaí ag SiC, friotaíocht maith creimeadh, agus ní imoibríonn sé le haon aigéad aitheanta ag teocht an tseomra. Déanfaidh SiC a chuirtear san aer ar feadh i bhfad sraith tanaí de SiO2 dlúth a fhoirmiú go mall, rud a choscfaidh tuilleadh imoibrithe ocsaídiúcháin. Nuair a ardaíonn an teocht go dtí níos mó ná 1700 ℃, leáigh agus ocsaídíonn an ciseal tanaí SiO2 go tapa. Is féidir le SiC dul faoi imoibriú mall ocsaídiúcháin le hocsaídeoirí nó bunanna leáite, agus de ghnáth creimtear sliseog SiC i KOH leáite agus Na2O2 chun díláithriú criostail SiC a shainiú..
(4) Airíonna leictreacha: Tá SiC mar ábhar ionadaíoch leathsheoltóirí leathanbhanda, tá leithead bandaga 6H-SiC agus 4H-SiC 3.0 eV agus 3.2 eV faoi seach, atá 3 huaire níos mó ná Si agus 2 huaire níos mó ná sin de GaAs. Tá sruth sceite níos lú ag feistí leathsheoltóra déanta as SiC agus réimse leictreach miondealaithe níos mó, agus mar sin meastar SiC mar ábhar idéalach le haghaidh feistí ardchumhachta. Tá soghluaisteacht leictreon sháithithe SiC dhá uair níos airde ná sin SiC, agus tá buntáistí soiléire aige freisin maidir le feistí ard-minicíochta a ullmhú. Is féidir criostail SiC de chineál P nó criostail SiC de chineál N a fháil trí na hadaimh eisíontais sna criostail a dhó. Faoi láthair, déantar criostail SiC de chineál P a dhópáil go príomha ag Al, B, Be, O, Ga, Sc agus adaimh eile, agus déantar criostail sic de chineál N a dhópáil go príomha ag adaimh N. Beidh tionchar mór ag difríocht tiúchan agus cineál dópála ar airíonna fisiceacha agus ceimiceacha SiC. Ag an am céanna, is féidir an t-iompróir saor in aisce a ingneáil ag an dópáil leibhéal domhain mar V, is féidir an friotachas a mhéadú, agus is féidir an criostail SiC leath-inslithe a fháil.
(5) Airíonna optúla: Mar gheall ar an mbearna banna sách leathan, tá an criostail SiC neamhdhópáilte gan dath agus trédhearcach. Taispeánann na criostail SiC dópáilte dathanna éagsúla mar gheall ar a n-airíonna éagsúla, mar shampla, tá 6H-SiC glas tar éis dó N a dhó; Tá 4H-SiC donn. Tá 15R-SiC buí. Dópáilte le Al, tá cuma ghorm ar 4H-SiC. Is modh iomasach é idirdhealú a dhéanamh ar chineál criostail SiC trí bhreathnú ar an difríocht dath. Leis an taighde leanúnach ar réimsí gaolmhara SiC le 20 bliain anuas, tá dul chun cinn mór déanta i dteicneolaíochtaí gaolmhara.
Ochtú,Stádas forbartha SiC a thabhairt isteach
Faoi láthair, tá an tionscal SiC tar éis éirí níos foirfe, ó sliseog tsubstráit, sliseog epitaxial go táirgeadh gléas, pacáistiú, tá an slabhra tionsclaíoch iomlán aibithe, agus is féidir leis táirgí a bhaineann le SiC a sholáthar don mhargadh.
Tá Cree ina cheannaire sa tionscal fáis criostail SiC agus tá sé ar thús cadhnaíochta maidir le méid agus cáilíocht sliseog tsubstráit SiC. Faoi láthair táirgeann Cree 300,000 sceallóga tsubstráit SiC in aghaidh na bliana, rud is ionann agus níos mó ná 80% de na lastais dhomhanda.
I mí Mheán Fómhair 2019, d'fhógair Cree go dtógfaidh sé saoráid nua i Stát Nua-Eabhrac, SAM, a úsáidfidh an teicneolaíocht is airde chun cumhacht trastomhas 200 mm agus sliseoga substráit RF SiC a fhás, rud a léiríonn go bhfuil a theicneolaíocht ullmhúcháin ábhar tsubstráit SiC 200 mm. éirí níos aibí.
Faoi láthair, is iad na táirgí príomhshrutha sliseanna tsubstráit SiC ar an margadh den chuid is mó cineálacha seoltaí agus leath-inslithe 4H-SiC agus 6H-SiC de 2-6 orlach.
I mí Dheireadh Fómhair 2015, ba é Cree an chéad cheann a sheol sliseog tsubstráit SiC 200 mm le haghaidh N-cineál agus LED, rud a chuir tús le sliseog tsubstráit SiC 8-orlach ar an margadh.
In 2016, thosaigh Romm ag déanamh urraíochta ar fhoireann Venturi agus ba é an chéad cheann a d'úsáid an teaglaim IGBT + SiC SBD sa charr chun réiteach IGBT + Si FRD a athsholáthar san inverter traidisiúnta 200 kW. Tar éis an fheabhsúcháin, laghdaítear meáchan an inverter faoi 2 kg agus laghdaítear an méid 19% agus an chumhacht céanna á chothabháil.
I 2017, tar éis SiC MOS + SiC SBD a ghlacadh tuilleadh, ní hamháin go laghdaítear an meáchan faoi 6 kg, laghdaítear an méid 43%, agus méadaítear an chumhacht inverter freisin ó 200 kW go 220 kW.
Tar éis do Tesla feistí SIC-bhunaithe a ghlacadh i bpríomh-inverters tiomáint a chuid táirgí Samhail 3 i 2018, méadaíodh an éifeacht taispeána go tapa, rud a fhágann go raibh margadh na ngluaisteán xEV go luath ina fhoinse spleodar don mhargadh SiC. Le cur i bhfeidhm rathúil SiC, tá méadú tapa tagtha ar a luach aschuir mhargaidh gaolmhar freisin.
naoú,Conclúid:
Le feabhas leanúnach ar theicneolaíochtaí tionscail a bhaineann le SiC, feabhsófar a toradh agus a iontaofacht tuilleadh, laghdófar praghas feistí SiC freisin, agus beidh iomaíochas margaidh SiC níos soiléire. Sa todhchaí, úsáidfear feistí SiC níos forleithne i réimsí éagsúla cosúil le gluaisteán, cumarsáid, greillí cumhachta, agus iompar, agus beidh an margadh táirgí níos leithne, agus déanfar méid an mhargaidh a leathnú tuilleadh, ag éirí mar thacaíocht thábhachtach don náisiúnta. geilleagar.
Am postála: Jan-25-2024