Sejarah Singkat Silicon Carbide lan Aplikasi saka Silicon Carbide Coatings

1. Pangembangan SiC

Ing taun 1893, Edward Goodrich Acheson, penemu SiC, ngrancang tungku resistor nggunakake bahan karbon-dikenal minangka tungku Acheson-kanggo miwiti produksi industri silikon karbida kanthi pemanasan listrik campuran kuarsa lan karbon. Dheweke banjur ngajokake paten kanggo penemuan iki.

Wiwit awal nganti pertengahan abad kaping-20, amarga kekerasan lan resistensi nyandhang sing luar biasa, silikon karbida utamane digunakake minangka abrasif ing alat penggilingan lan pemotong.

Sajrone taun 1950-an lan 1960-an, kanthi tekane sakateknologi chemical vapor deposition (CVD)., ilmuwan kaya Rustum Roy ing Bell Labs ing Amerika Serikat ngrintis riset ing teknologi CVD SiC. Dheweke ngembangake proses deposisi uap SiC lan nindakake eksplorasi awal menyang sifat lan aplikasi, entuk deposisi pertamaLapisan SiC ing permukaan grafit. Karya iki nggawe dhasar penting kanggo nyiapake CVD bahan lapisan SiC.

Ing taun 1963, peneliti Bell Labs Howard Wachtel lan Joseph Wells ngedegake CVD Incorporated, fokus ing pangembangan teknologi deposisi uap kimia kanggo SiC lan bahan lapisan keramik liyane. Ing 1974, padha entuk produksi industri pisanan sakaproduk grafit sing dilapisi silikon karbida. Tonggak sejarah iki nandhani kemajuan sing signifikan ing teknologi lapisan silikon karbida ing permukaan grafit, menehi dalan kanggo aplikasi sing nyebar ing lapangan kayata semikonduktor, optik, lan aerospace.

Ing taun 1970-an, peneliti ing Union Carbide Corporation (saiki anak perusahaan Dow Chemical) pisanan nglamar.basa grafit sing dilapisi silikon karbidaing wutah epitaxial bahan semikonduktor kayata gallium nitride (GaN). Teknologi iki penting banget kanggo nggawe kinerja dhuwurLED berbasis GaN(dioda cahya-emitting) lan laser, mbikak dhasar kanggo sakteruseteknologi epitaksi silikon karbidalan dadi tonggak penting ing aplikasi bahan silikon karbida ing lapangan semikonduktor.

Wiwit taun 1980-an nganti awal abad kaping 21, kemajuan teknologi manufaktur ngembangake aplikasi industri lan komersial saka lapisan silikon karbida saka aeroangkasa menyang otomotif, elektronika daya, peralatan semikonduktor, lan macem-macem komponen industri minangka lapisan anti-karat.

Wiwit awal abad kaping 21 nganti saiki, pangembangan penyemprotan termal, PVD, lan nanoteknologi wis ngenalake metode persiapan lapisan anyar. Peneliti wiwit njelajah lan ngembangake lapisan karbida silikon skala nano kanggo nambah kinerja materi.

Ing ringkesan, teknologi preparation kanggoLapisan silikon karbida CVDwis pindah saka riset laboratorium menyang aplikasi industri sajrone sawetara dekade kepungkur, entuk kemajuan lan terobosan sing terus-terusan.

2. Bidang Aplikasi lan Struktur Kristal SiC

Silicon carbide duweni luwih saka 200 polytypes, utamané dikategorikaké dadi telung klompok utama adhedhasar susunan numpuk atom karbon lan silikon: kubik (3C), heksagonal (H), lan rhombohedral ®. Conto umum kalebu 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, lan 15R-SiC. Iki bisa dipérang dadi rong jinis utama:

Gambar 1: Struktur Kristal Silicon Carbide

α-SiC:Iki minangka struktur stabil suhu dhuwur lan jinis struktur asli sing ditemokake ing alam.

β-SiC:Iki minangka struktur stabil suhu rendah, sing bisa dibentuk kanthi reaksi silikon lan karbon ing sekitar 1450 ° C. β-SiC bisa malih dadi α-SiC ing suhu antara 2100-2400°C.

Politipe SiC sing beda duwe kegunaan sing beda. Contone, 4H-SiC ing α-SiC cocok kanggo nggawe piranti daya dhuwur, dene 6H-SiC minangka jinis sing paling stabil lan digunakake ing piranti optoelektronik. β-SiC, kajaba digunakake ing piranti RF, uga penting minangka film tipis lan bahan lapisan ing lingkungan suhu dhuwur, nyandhang dhuwur, lan korosif banget, nyedhiyakake fungsi protèktif. β-SiC nduweni sawetara kaluwihan tinimbang α-SiC:

(1)Konduktivitas termal antara 120-200 W/m·K, luwih dhuwur tinimbang α-SiC 100-140 W/m·K.

(2) β-SiC nuduhake kekerasan sing luwih dhuwur lan resistensi nyandhang.

(3) Ing babagan ketahanan korosi, nalika α-SiC nindakake kanthi apik ing lingkungan non-oksidasi lan rada asam, β-SiC tetep stabil ing kahanan oksidasi sing luwih agresif lan alkalin banget, nuduhake ketahanan korosi sing unggul ing lingkungan kimia sing luwih akeh. .

Kajaba iku, koefisien ekspansi termal β-SiC cocog banget karo grafit, dadi bahan sing disenengi kanggo lapisan permukaan ing dhasar grafit ing peralatan epitaksi wafer amarga sifat gabungan kasebut.

3. SiC Coatings lan Metode Preparation

(1) SiC Coatings

Lapisan SiC minangka film tipis sing dibentuk saka β-SiC, ditrapake ing permukaan substrat liwat macem-macem proses lapisan utawa deposisi. Lapisan iki biasane digunakake kanggo nambah kekerasan, tahan nyandhang, tahan karat, tahan oksidasi, lan kinerja suhu dhuwur. Lapisan silikon karbida duwe aplikasi sing wiyar ing macem-macem substrat kayata keramik, logam, kaca, lan plastik, lan akeh digunakake ing aeroangkasa, manufaktur otomotif, elektronik, lan lapangan liyane.

Figure 2: Cross-sectional Microstructure saka SiC Coating ing lumahing Grafit

(2)  Metode Preparation

Cara utama kanggo nyiapake lapisan SiC kalebu Chemical Vapor Deposition (CVD), Physical Vapor Deposition (PVD), teknik penyemprotan, deposisi elektrokimia, lan sintering lapisan slurry.

Deposisi Uap Kimia (CVD):

CVD minangka salah sawijining cara sing paling umum digunakake kanggo nyiapake lapisan silikon karbida. Sajrone proses CVD, gas prekursor sing ngemot silikon lan karbon dilebokake menyang kamar reaksi, ing ngendi dheweke terurai ing suhu dhuwur kanggo ngasilake atom silikon lan karbon. Atom-atom kasebut nyerep ing permukaan substrat lan bereaksi kanggo mbentuk lapisan silikon karbida. Kanthi ngontrol paramèter proses utama kayata laju aliran gas, suhu deposisi, tekanan deposisi, lan wektu, kekandelan, stoikiometri, ukuran gandum, struktur kristal, lan orientasi lapisan bisa dicocogake kanthi tepat kanggo nyukupi syarat aplikasi tartamtu. Kauntungan liyane saka metode iki yaiku kesesuaian kanggo nutupi substrat sing bentuke gedhe lan kompleks kanthi kemampuan adhesi lan ngisi sing apik. Nanging, prekursor lan produk sampingan sing digunakake ing proses CVD asring gampang kobong lan korosif, nggawe produksi mbebayani. Kajaba iku, tingkat panggunaan bahan mentah relatif murah, lan biaya persiapane dhuwur.

Deposisi Uap Fisik (PVD):

PVD melu nggunakake cara fisik kayata penguapan termal utawa magnetron sputtering ing vakum dhuwur kanggo vaporize bahan silikon carbide kemurnian dhuwur lan condense menyang lumahing substrat, mbentuk film tipis. Cara iki ngidini kontrol sing tepat babagan kekandelan lan komposisi lapisan, ngasilake lapisan karbida silikon sing padhet sing cocog kanggo aplikasi kanthi tliti dhuwur kayata lapisan alat pemotong, lapisan keramik, lapisan optik, lan lapisan penghalang termal. Nanging, entuk jangkoan seragam ing komponen sing bentuke kompleks, utamane ing relung utawa wilayah sing peteng, angel banget. Kajaba iku, adhesion antarane lapisan lan substrat bisa uga ora cukup. Peralatan PVD larang amarga mbutuhake sistem vakum dhuwur lan peralatan kontrol presisi. Salajengipun, tingkat deposisi alon, nyebabake efisiensi produksi kurang, saengga ora cocog kanggo produksi industri skala gedhe.

Teknik Penyemprotan:

Iki kalebu nyemprotake bahan cair menyang permukaan substrat lan ngobati ing suhu tartamtu kanggo mbentuk lapisan. Cara kasebut prasaja lan larang regane, nanging lapisan sing diasilake biasane nuduhake adhesi lemah ing substrat, keseragaman sing luwih sithik, lapisan sing luwih tipis, lan resistensi oksidasi sing luwih murah, asring mbutuhake cara tambahan kanggo nambah kinerja.

Deposisi elektrokimia:

Teknik iki nggunakake reaksi elektrokimia kanggo nyimpen silikon karbida saka solusi menyang permukaan substrat. Kanthi ngontrol potensial elektroda lan komposisi solusi prekursor, pertumbuhan lapisan seragam bisa digayuh. Lapisan silikon karbida sing disiapake kanthi cara iki ditrapake ing bidang tartamtu kayata sensor kimia/biologis, piranti fotovoltaik, bahan elektroda kanggo baterei lithium-ion, lan lapisan tahan karat.

Slurry Coating lan Sintering:

Cara iki nyakup campuran bahan lapisan kanthi binder kanggo nggawe slurry, sing ditrapake kanthi seragam ing permukaan substrat. Sawise pangatusan, workpiece sing dilapisi disinter ing suhu dhuwur ing atmosfer inert kanggo mbentuk lapisan sing dikarepake. Kaluwihan kasebut kalebu operasi sing gampang lan gampang lan kekandelan lapisan sing bisa dikontrol, nanging kekuatan ikatan antarane lapisan lan landasan asring luwih lemah. Lapisan kasebut uga duwe resistensi kejut termal sing kurang, keseragaman sing luwih murah, lan proses sing ora konsisten, saengga ora cocog kanggo produksi massal.

Sakabèhé, milih cara nyiapake lapisan silikon karbida sing cocog mbutuhake pertimbangan lengkap babagan syarat kinerja, karakteristik substrat, lan biaya adhedhasar skenario aplikasi.

4. SiC-Coated Graphite Susceptors

Susceptor grafit sing dilapisi SiC penting bangetProses Deposisi Uap Kimia Organik Logam (MOCVD)., teknik sing akeh digunakake kanggo nyiapake film lan lapisan tipis ing bidang semikonduktor, optoelektronik, lan ilmu material liyane.

Gambar 3

5. Fungsi SiC-Coated Graphite Substrat ing MOCVD Equipment

Substrat grafit sing dilapisi SiC penting ing proses Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), teknik sing digunakake kanggo nyiapake film lan lapisan tipis ing bidang semikonduktor, optoelektronik, lan ilmu material liyane.

Gambar 4:  Peralatan CVD Semicorex

Carrier Dhukungan:Ing MOCVD, bahan semikonduktor bisa tuwuh lapisan demi lapisan ing permukaan substrat wafer, mbentuk film tipis kanthi sifat lan struktur tartamtu.Pembawa grafit sing dilapisi SiCtumindak minangka operator ndhukung, nyediakake platform kuat lan stabil kanggoepitaksisaka film tipis semikonduktor. Stabilitas termal sing apik lan inertness kimia saka lapisan SiC njaga stabilitas substrat ing lingkungan suhu dhuwur, nyuda reaksi karo gas korosif, lan njamin kemurnian dhuwur lan sifat lan struktur sing konsisten saka film semikonduktor sing ditanam. Conto kalebu substrat grafit sing dilapisi SiC kanggo pertumbuhan epitaxial GaN ing peralatan MOCVD, substrat grafit sing dilapisi SiC kanggo pertumbuhan epitaxial silikon kristal tunggal (substrat datar, substrat bunder, substrat telung dimensi), lan substrat grafit sing dilapisi SiC kanggowutah epitaxial SiC.

Stabilitas termal lan tahan oksidasi:Proses MOCVD bisa uga kalebu reaksi suhu dhuwur lan gas oksidasi. Lapisan SiC nyedhiyakake stabilitas termal lan proteksi oksidasi tambahan kanggo substrat grafit, nyegah kegagalan utawa oksidasi ing lingkungan suhu dhuwur. Iki penting kanggo ngontrol lan njaga konsistensi pertumbuhan film tipis.

Antarmuka Material lan Kontrol Properti Lumahing:Lapisan SiC bisa mangaruhi interaksi antarane film lan substrat, mengaruhi mode pertumbuhan, pencocokan kisi, lan kualitas antarmuka. Kanthi nyetel sifat lapisan SiC, wutah materi sing luwih tepat lan kontrol antarmuka bisa digayuh, ningkatake kinerjafilm epitaxial.

Ngurangi Kontaminasi Impurity:Kemurnian dhuwur saka lapisan SiC bisa nyilikake kontaminasi impurity saka substrat grafit, njaminfilm epitaxial tuwuhduwe kemurnian dhuwur sing dibutuhake. Iki penting kanggo kinerja lan linuwih piranti semikonduktor.

Gambar 5: SemicorexSiC-Coated Graphite Receptorminangka Wafer Carrier ing Epitaxy

Ing ringkesan,Substrat grafit sing dilapisi SiCnyedhiyakake dhukungan basa sing luwih apik, stabilitas termal, lan kontrol antarmuka ing proses MOCVD, ningkatake wutah lan nyiapake kualitas dhuwur.film epitaxial.

6. Kesimpulan lan Outlook

Saiki, institusi riset ing China wis darmabakti kanggo nambah proses produksisusceptor grafit sing dilapisi silikon karbida, ningkatake kemurnian lan keseragaman lapisan, lan nambah kualitas lan umur lapisan SiC nalika ngurangi biaya produksi. Bebarengan, dheweke njelajah cara kanggo entuk proses manufaktur sing cerdas kanggo substrat grafit sing dilapisi silikon karbida kanggo nambah efisiensi produksi lan kualitas produk. Industri nambah investasi ing industrialisasi sakasubstrat grafit sing dilapisi silikon karbida, ningkatake skala produksi lan kualitas produk kanggo nyukupi kabutuhan pasar. Bubar, institusi riset lan industri aktif njelajah teknologi lapisan anyar, kayata aplikasi sakalapisan TaC ing susceptors grafit, kanggo nambah konduktivitas termal lan resistance karat.**

Semicorex nawakake komponen berkualitas tinggi kanggo bahan sing dilapisi CVD SiC. Yen sampeyan duwe pitakon utawa butuh rincian tambahan, aja ragu-ragu hubungi kita.

Kontak telpon # +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com