Udviklingen og anvendelsen af siliciumcarbid (SiC)
1. Et århundrede med innovation i SiC
Rejsen med siliciumcarbid (SiC) begyndte i 1893, da Edward Goodrich Acheson designede Acheson-ovnen ved at bruge kulstofmaterialer til at opnå industriel produktion af SiC gennem elektrisk opvarmning af kvarts og kulstof. Denne opfindelse markerede starten på SiC's industrialisering og gav Acheson patent.
I begyndelsen af det 20. århundrede blev SiC primært brugt som slibemiddel på grund af dets bemærkelsesværdige hårdhed og slidstyrke. I midten af det 20. århundrede åbnede fremskridt inden for kemisk dampaflejring (CVD) teknologien nye muligheder. Forskere ved Bell Labs, ledet af Rustum Roy, lagde grunden til CVD SiC og opnåede de første SiC-belægninger på grafitoverflader.
1970'erne oplevede et stort gennembrud, da Union Carbide Corporation anvendte SiC-belagt grafit i den epitaksiale vækst af galliumnitrid (GaN) halvledermaterialer. Denne fremgang spillede en afgørende rolle i højtydende GaN-baserede LED'er og lasere. I løbet af årtierne har SiC-belægninger udvidet sig ud over halvledere til applikationer inden for rumfart, bilindustrien og kraftelektronik takket være forbedringer i fremstillingsteknikker.
I dag forbedrer innovationer som termisk sprøjtning, PVD og nanoteknologi ydeevnen og påføringen af SiC-belægninger yderligere, hvilket viser dets potentiale inden for banebrydende områder.
2. Forståelse af SiC's krystalstrukturer og anvendelser
SiC kan prale af over 200 polytyper, kategoriseret efter deres atomare arrangementer i kubiske (3C), sekskantede (H) og rhomboedriske (R) strukturer. Blandt disse er 4H-SiC og 6H-SiC meget udbredt i henholdsvis højeffekt- og optoelektroniske enheder, mens β-SiC er værdsat for dets overlegne varmeledningsevne, slidstyrke og korrosionsbestandighed.
β-SiC'erunikke egenskaber, såsom en termisk ledningsevne af120-200 W/m·Kog en termisk ekspansionskoefficient, der nøje matcher grafit, gør det til det foretrukne materiale til overfladebelægninger i waferepitaksiudstyr.
3. SiC Coatings: Egenskaber og forberedelsesteknikker
SiC-belægninger, typisk β-SiC, anvendes bredt for at forbedre overfladeegenskaber som hårdhed, slidstyrke og termisk stabilitet. Almindelige forberedelsesmetoder omfatter:
- Kemisk dampaflejring (CVD):Giver højkvalitetsbelægninger med fremragende vedhæftning og ensartethed, ideel til store og komplekse underlag.
- Fysisk dampaflejring (PVD):Tilbyder præcis kontrol over belægningssammensætningen, velegnet til højpræcisionsapplikationer.
- Sprøjteteknikker, elektrokemisk aflejring og gyllebelægning: Fungerer som omkostningseffektive alternativer til specifikke applikationer, dog med varierende begrænsninger i vedhæftning og ensartethed.
Hver metode vælges ud fra underlagets egenskaber og anvendelseskrav.
4. SiC-coated grafit susceptorer i MOCVD
SiC-belagte grafitsusceptorer er uundværlige i Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), en nøgleproces i fremstilling af halvledere og optoelektroniske materialer.
Disse susceptorer giver robust støtte til epitaksial filmvækst, hvilket sikrer termisk stabilitet og reducerer kontaminering af urenheder. SiC-belægningen forbedrer også oxidationsmodstand, overfladeegenskaber og grænsefladekvalitet, hvilket muliggør præcis kontrol under filmvækst.
5. Fremskridt mod fremtiden
I de senere år er der blevet rettet en betydelig indsats mod at forbedre produktionsprocesserne for SiC-belagte grafitsubstrater. Forskere fokuserer på at forbedre belægningens renhed, ensartethed og levetid og samtidig reducere omkostningerne. Derudover udforskningen af innovative materialer somtantalcarbid (TaC) belægningertilbyder potentielle forbedringer i termisk ledningsevne og korrosionsbestandighed, hvilket baner vejen for næste generations løsninger.
Efterhånden som efterspørgslen efter SiC-belagte grafitsusceptorer fortsætter med at vokse, vil fremskridt inden for intelligent fremstilling og produktion i industriel skala yderligere understøtte udviklingen af højkvalitetsprodukter til at imødekomme de skiftende behov i halvleder- og optoelektronikindustrien.
Indlægstid: 24. november 2023