Utviklingen og bruken av silisiumkarbid (SiC)
1. Et århundre med innovasjon i SiC
Reisen til silisiumkarbid (SiC) begynte i 1893, da Edward Goodrich Acheson designet Acheson-ovnen, ved å bruke karbonmaterialer for å oppnå industriell produksjon av SiC gjennom elektrisk oppvarming av kvarts og karbon. Denne oppfinnelsen markerte starten på SiCs industrialisering og ga Acheson patent.
På begynnelsen av 1900-tallet ble SiC først og fremst brukt som et slipemiddel på grunn av dets bemerkelsesverdige hardhet og slitestyrke. På midten av 1900-tallet åpnet fremskritt innen kjemisk dampavsetning (CVD) teknologi nye muligheter. Forskere ved Bell Labs, ledet av Rustum Roy, la grunnlaget for CVD SiC, og oppnådde de første SiC-beleggene på grafittoverflater.
På 1970-tallet så et stort gjennombrudd da Union Carbide Corporation brukte SiC-belagt grafitt i den epitaksiale veksten av galliumnitrid (GaN) halvledermaterialer. Denne fremgangen spilte en sentral rolle i høyytelses GaN-baserte lysdioder og lasere. I løpet av tiårene har SiC-belegg utvidet seg utover halvledere til applikasjoner innen romfart, bilindustri og kraftelektronikk, takket være forbedringer i produksjonsteknikker.
I dag forbedrer innovasjoner som termisk sprøyting, PVD og nanoteknologi ytelsen og påføringen av SiC-belegg ytterligere, og viser potensialet i banebrytende felt.
2. Forstå SiCs krystallstrukturer og bruksområder
SiC har over 200 polytyper, kategorisert etter deres atomarrangementer i kubiske (3C), sekskantede (H) og romboedriske (R) strukturer. Blant disse er 4H-SiC og 6H-SiC mye brukt i henholdsvis høyeffekts- og optoelektroniske enheter, mens β-SiC er verdsatt for sin overlegne varmeledningsevne, slitestyrke og korrosjonsmotstand.
β-SiC-erunike egenskaper, for eksempel en termisk ledningsevne på120-200 W/m·Kog en termisk ekspansjonskoeffisient som samsvarer tett med grafitt, gjør det til det foretrukne materialet for overflatebelegg i waferepitaksiutstyr.
3. SiC-belegg: Egenskaper og forberedelsesteknikker
SiC-belegg, typisk β-SiC, er mye brukt for å forbedre overflateegenskaper som hardhet, slitestyrke og termisk stabilitet. Vanlige metoder for tilberedning inkluderer:
- Kjemisk dampavsetning (CVD):Gir belegg av høy kvalitet med utmerket vedheft og jevnhet, ideelt for store og komplekse underlag.
- Fysisk dampavsetning (PVD):Tilbyr presis kontroll over beleggsammensetningen, egnet for høypresisjonsapplikasjoner.
- Sprøyteteknikker, elektrokjemisk avsetning og slurrybelegg: Fungerer som kostnadseffektive alternativer for spesifikke bruksområder, men med varierende begrensninger i vedheft og jevnhet.
Hver metode velges basert på underlagets egenskaper og påføringskrav.
4. SiC-belagte grafittsusceptorer i MOCVD
SiC-belagte grafittsusceptorer er uunnværlige i Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), en nøkkelprosess i produksjon av halvledere og optoelektroniske materialer.
Disse susceptorene gir robust støtte for epitaksial filmvekst, sikrer termisk stabilitet og reduserer urenheter. SiC-belegget forbedrer også oksidasjonsmotstand, overflateegenskaper og grensesnittkvalitet, noe som muliggjør presis kontroll under filmvekst.
5. Fremskritt mot fremtiden
De siste årene har betydelig innsats blitt rettet mot å forbedre produksjonsprosessene for SiC-belagte grafittsubstrater. Forskere fokuserer på å forbedre beleggets renhet, ensartethet og levetid samtidig som kostnadene reduseres. I tillegg, utforskning av innovative materialer somtantalkarbid (TaC) beleggtilbyr potensielle forbedringer i termisk ledningsevne og korrosjonsmotstand, og baner vei for neste generasjons løsninger.
Ettersom etterspørselen etter SiC-belagte grafittsusceptorer fortsetter å vokse, vil fremskritt innen intelligent produksjon og produksjon i industriell skala ytterligere støtte utviklingen av høykvalitetsprodukter for å møte de utviklende behovene til halvleder- og optoelektronikkindustrien.
Innleggstid: 24. november 2023