נייַעס - סטרוקטור און גראָוט טעכנאָלאָגיע פון סיליציום קאַרבידע (Ⅱ)

פערט, גשמיות פארע אַריבערפירן אופֿן

פיזיקאַל פארע אַריבערפירן (פּווט) אופֿן ערידזשאַנייטאַד פון די פארע פאַסע סובלימאַטיאָן טעכנאָלאָגיע ינווענטאַד דורך Lely אין 1955. די סיק פּודער איז געשטעלט אין אַ גראַפייט רער און העאַטעד צו הויך טעמפּעראַטור צו צעלייגנ און סובלימאַטע די סיק פּודער, און דעמאָלט די גראַפייט רער איז קולד. נאָך די דיקאַמפּאָוזישאַן פון די סיק פּודער, די פּאַרע פאַסע קאַמפּאָונאַנץ זענען דאַפּאַזיטיד און קריסטאַלייזד אין סיק קריסטאַלז אַרום די גראַפייט רער. כאָטש דעם אופֿן איז שווער צו באַקומען גרויס גרייס סי ק קריסטאַלז, און די דעפּאַזישאַן פּראָצעס אין די גראַפייט רער איז שווער צו קאָנטראָלירן, עס גיט יידיאַז פֿאַר סאַבסאַקוואַנט ריסערטשערז.
ים טעראיראָוו עט על. אין רוסלאַנד באַקענענ דער באַגריף פון זוימען קריסטאַלז אויף דעם יקער, און סאַלווד די פּראָבלעם פון אַנקאַנטראָולאַבאַל קריסטאַל פאָרעם און נוקלעאַטיאָן שטעלע פון סיק קריסטאַלז. סאַבסאַקוואַנט ריסערטשערז פארבליבן צו פֿאַרבעסערן און יווענטשאַוואַלי דעוועלאָפּעד די פיזיש גאַז פאַסע אַריבערפירן (PVT) אופֿן אין אינדוסטריעלע נוצן הייַנט.

ווי די ערליאַסט סיק קריסטאַל וווּקס אופֿן, גשמיות פארע אַריבערפירן אופֿן איז די מערסט מיינסטרים גראָוט אופֿן פֿאַר סיק קריסטאַל וווּקס. קאַמפּערד מיט אנדערע מעטהאָדס, דער אופֿן האט נידעריק רעקווירעמענץ פֿאַר גראָוט ויסריכט, פּשוט וווּקס פּראָצעס, שטאַרק קאַנטראָולאַביליטי, גרונטיק אַנטוויקלונג און פאָרשונג, און האט איינגעזען ינדאַסטריאַל אַפּלאַקיישאַן. די סטרוקטור פון קריסטאַל דערוואַקסן דורך די קראַנט מיינסטרים פּווט אופֿן איז געוויזן אין די פיגור.

די אַקסיאַל און ריידיאַל טעמפּעראַטור פעלדער קענען זיין קאַנטראָולד דורך קאַנטראָולינג די פונדרויסנדיק טערמאַל ינסאַליישאַן טנאָים פון די גראַפייט קרוסאַבאַל. די סיק פּודער איז געשטעלט אין די דנאָ פון די גראַפייט קרוסאַבאַל מיט אַ העכער טעמפּעראַטור, און די סיק זוימען קריסטאַל איז פאַרפעסטיקט אין די שפּיץ פון די גראַפייט קרוסאַבאַל מיט אַ נידעריקער טעמפּעראַטור. די דיסטאַנסע צווישן די פּודער און די זוימען איז בכלל קאַנטראָולד צו זיין טענס פון מילאַמיטערז צו ויסמיידן קאָנטאַקט צווישן די גראָוינג איין קריסטאַל און די פּודער. די טעמפּעראַטור גראַדיענט איז יוזשאַוואַלי אין די קייט פון 15-35 ℃ / סענטימעטער. אַ ינערט גאַז פון 50-5000 פּאַ איז געהאלטן אין די אויוון צו פאַרגרעסערן קאַנוועקשאַן. אין דעם וועג, נאָך די סיק פּודער איז העאַטעד צו 2000-2500 ℃ דורך ינדאַקשאַן באַהיצונג, די סיק פּודער וועט סאַבלימאַטע און צעלייגנ אין Si, Si2C, SiC2 און אנדערע פארע קאַמפּאָונאַנץ, און זיין טראַנספּאָרטאַד צו די זוימען סוף מיט גאַז קאַנוועקשאַן, און SiC קריסטאַל איז קריסטאַלייזד אויף די זוימען קריסטאַל צו דערגרייכן איין קריסטאַל וווּקס. זייַן טיפּיש וווּקס קורס איז 0.1-2 מם / ה.

PVT פּראָצעס פאָוקיסיז אויף די קאָנטראָל פון גראָוט טעמפּעראַטור, טעמפּעראַטור גראַדיענט, גראָוט ייבערפלאַך, מאַטעריאַל ייבערפלאַך ספּייסינג און גראָוט דרוק, זייַן מייַלע איז אַז דער פּראָצעס איז לעפיערעך דערוואַקסן, רוי מאַטעריאַלס זענען גרינג צו פּראָדוצירן, די פּרייַז איז נידעריק, אָבער דער וווּקס פּראָצעס פון פּווט אופֿן איז שווער צו אָבסערווירן, קריסטאַל וווּקס קורס פון 0.2-0.4 מם / ה, עס איז שווער צו וואַקסן קריסטאַלז מיט גרויס גרעב (> 50 מם). נאָך דעקאַדעס פון קעסיידערדיק השתדלות, די קראַנט מאַרק פֿאַר סיק סאַבסטרייט ווייפערז דערוואַקסן דורך PVT אופֿן איז געווען זייער ריזיק, און די יערלעך פּראָדוקציע פון סיק סאַבסטרייט ווייפערז קענען דערגרייכן הונדערטער פון טויזנטער פון ווייפערז, און זיין גרייס איז ביסלעכווייַז טשאַנגינג פון 4 אינטשעס צו 6 אינטשעס. , און האט דעוועלאָפּעד 8 אינטשעס פון SiC סאַבסטרייט סאַמפּאַלז.

פינפטע,הויך טעמפּעראַטור כעמישער פארע דעפּאַזישאַן אופֿן

הויך טעמפּעראַטור כעמישער פארע דעפּאָסיטיאָן (HTCVD) איז אַ ימפּרוווד אופֿן באזירט אויף כעמישער פארע דעפּאָסיטיאָן (CVD). דער אופֿן איז געווען ערשטער פארגעלייגט אין 1995 דורך קאָרדינאַ עט על., לינקאָפּינג אוניווערסיטעט, שוועדן.
די גראָוט סטרוקטור דיאַגראַמע איז געוויזן אין די פיגור:

פינפטע,הויך טעמפּעראַטור כעמישער פארע דעפּאַזישאַן אופֿן

ווען די SiC קריסטאַל איז דערוואַקסן דורך פליסיק פאַסע אופֿן, די טעמפּעראַטור און קאַנוועקשאַן פאַרשפּרייטונג אין די אַגזיליערי לייזונג זענען געוויזן אין די פיגור:

עס קענען זיין געזען אַז די טעמפּעראַטור לעבן די קרוסיבלע וואַנט אין די אַגזיליערי לייזונג איז העכער, בשעת די טעמפּעראַטור בייַ די זוימען קריסטאַל איז נידעריקער. בעשאַס דעם וווּקס פּראָצעס, די גראַפייט קרוסאַבאַל גיט C מקור פֿאַר קריסטאַל וווּקס. ווייַל די טעמפּעראַטור אין די קרוסיבלע וואַנט איז הויך, די סאָלאַבילאַטי פון C איז גרויס, און די דיסאַלושאַן קורס איז שנעל, אַ גרויס סומע פון C וועט זיין צעלאָזן ביי די קרוסיבלע וואַנט צו פאָרעם אַ סאַטשערייטאַד לייזונג פון C. די סאַלושאַנז מיט אַ גרויס סומע פון C צעלאָזן וועט זיין טראַנספּאָרטאַד צו דער נידעריקער טייל פון די זוימען קריסטאַלז דורך קאַנוועקשאַן ין די אַגזיליערי לייזונג. רעכט צו דער נידעריק טעמפּעראַטור פון די זוימען קריסטאַל סוף, די סאָלוביליטי פון די קאָראַספּאַנדינג C דיקריסאַז קאָראַספּאַנדינג, און דער אָריגינעל C-סאַטשערייטאַד לייזונג ווערט אַ סופּערסאַטשערייטיד לייזונג פון C נאָך טראַנספערד צו די נידעריק טעמפּעראַטור סוף אונטער דעם צושטאַנד. סופּראַטאַטוראַטעד C אין לייזונג קאַמביינד מיט סי אין אַגזיליערי לייזונג קענען וואַקסן סיק קריסטאַל עפּיטאַקסיאַל אויף זוימען קריסטאַל. ווען די סופּערפאָראַטעד טייל פון C פּרעסיפּיטאַטעס אויס, די לייזונג קערט צו די הויך-טעמפּעראַטור סוף פון די קרוסיבלע וואַנט מיט קאַנוועקשאַן, און דיסאַלווז C ווידער צו פאָרעם אַ סאַטשערייטאַד לייזונג.

דער גאנצער פּראָצעס ריפּיץ, און די סיק קריסטאַל וואקסט. אין דעם פּראָצעס פון פליסיק פאַסע וווּקס, די דיסאַלושאַן און אָפּזאַץ פון C אין לייזונג איז אַ זייער וויכטיק אינדעקס פון וווּקס פּראָגרעס. אין סדר צו ענשור סטאַביל קריסטאַל וווּקס, עס איז נייטיק צו האַלטן אַ וואָג צווישן די דיסאַלושאַן פון C אין די קרוסיבלע וואַנט און די אָפּזאַץ אין די זוימען סוף. אויב די דיסאַלושאַן פון C איז גרעסער ווי די אָפּזאַץ פון C, דעמאָלט די C אין די קריסטאַל איז ביסלעכווייַז ענריטשט, און ספּאַנטייניאַס נוקלעאַטיאָן פון סיק וועט פּאַסירן. אויב די דיסאַלושאַן פון C איז ווייניקער ווי די אָפּזאַץ פון C, די קריסטאַל וווּקס וועט זיין שווער צו פירן רעכט צו דער מאַנגל פון סאָלוטע.
אין דער זעלביקער צייט, די אַריבערפירן פון C דורך קאַנוועקשאַן אויך אַפעקץ די צושטעלן פון C בעשאַס וווּקס. אין סדר צו וואַקסן סיק קריסטאַלז מיט גוט גענוג קריסטאַל קוואַליטעט און גענוג גרעב, עס איז נייטיק צו ענשור די וואָג פון די אויבן דריי עלעמענטן, וואָס שטארק ינקריסיז די שוועריקייט פון סיק פליסיק פאַסע וווּקס. אָבער, מיט די גראַדזשואַל פֿאַרבעסערונג און פֿאַרבעסערונג פון פֿאַרבונדענע טיריז און טעקנאַלאַדזשיז, די אַדוואַנטידזשיז פון פליסיק פאַסע וווּקס פון SiC קריסטאַלז וועט ביסלעכווייַז ווייַזן.
דערווייַל, די פליסיק פאַסע וווּקס פון 2-אינטש סיק קריסטאַלז קענען זיין אַטשיווד אין יאַפּאַן, און די פליסיק פאַסע וווּקס פון 4-אינטש קריסטאַלז איז אויך דעוועלאָפּעד. אצינד האט די באציאנדע היימישע פארשונג נישט געזען קיין גוטע רעזולטאטן, און עס איז נויטיק צו נאכגיין די באציאנדע פארשונגס-ארבעט.

זיבעטער , גשמיות און כעמישער פּראָפּערטיעס פון סיק קריסטאַלז

(1) מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס: סיק קריסטאַלז האָבן גאָר הויך כאַרדנאַס און גוט טראָגן קעגנשטעל. זיין מאָהס כאַרדנאַס איז צווישן 9.2 און 9.3, און זייַן קריט כאַרדנאַס איז צווישן 2900 און 3100 קג / מם 2, וואָס איז רגע בלויז צו דימענט קריסטאַלז צווישן מאַטעריאַלס וואָס זענען דיסקאַווערד. רעכט צו דער ויסגעצייכנט מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פון סיק, פּודער סיק איז אָפט געניצט אין די קאַטינג אָדער גרינדינג אינדוסטריע, מיט אַ יערלעך פאָדערונג פון אַרויף צו מיליאַנז פון טאָנס. די טראָגן-קעגנשטעליק קאָוטינג אויף עטלעכע וואָרקפּיעסעס וועט אויך נוצן SiC קאָוטינג, פֿאַר בייַשפּיל, די טראָגן-קעגנשטעליק קאָוטינג אויף עטלעכע וואָרשיפּס איז קאַמפּאָוזד פון SiC קאָוטינג.

(2) טערמאַל פּראָפּערטיעס: טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון סיק קענען דערגרייכן 3-5 וו / סענטימעטער · ק, וואָס איז 3 מאל אַז פון טראדיציאנעלן סעמיקאַנדאַקטער סי און 8 מאל אַז פון גאַאַס. די היץ פּראָדוקציע פון די מיטל צוגעגרייט דורך SiC קענען זיין געשווינד געפירט אַוועק, אַזוי די באדערפענישן פון די היץ דיסיפּיישאַן טנאָים פון די SiC מיטל זענען לעפיערעך פרייַ, און עס איז מער פּאַסיק פֿאַר דער צוגרייטונג פון הויך-מאַכט דעוויסעס. SiC האט סטאַביל טהערמאָדינאַמיק פּראָפּערטיעס. אונטער נאָרמאַל דרוק טנאָים, SiC וועט זיין גלייך דיקאַמפּאָוזד אין פארע מיט סי און C אין העכער.

(3) כעמישער פּראָפּערטיעס: סיק האט סטאַביל כעמישער פּראָפּערטיעס, גוט קעראָוזשאַן קעגנשטעל, און טוט נישט רעאַגירן מיט קיין באַוווסט זויער אין צימער טעמפּעראַטור. סיק געשטעלט אין די לופט פֿאַר אַ לאַנג צייַט וועט סלאָולי פאָרעם אַ דין פּלאַסט פון געדיכט סיאָ 2, פּרעווענטינג ווייַטער אַקסאַדיישאַן ריאַקשאַנז. ווען די טעמפּעראַטור ריסעס צו מער ווי 1700 ℃, די סיאָ 2 דין שיכטע מעלץ און אַקסאַדייז ראַפּאַדלי. SiC קענען דורכגיין אַ פּאַמעלעך אַקסאַדיישאַן אָפּרוף מיט מאָולטאַן אַקסאַדאַנץ אָדער באַסעס, און SiC ווייפערז זענען יוזשאַוואַלי קעראָודיד אין מאָולטאַן KOH און Na2O2 צו קעראַקטערייז די דיסלאָוקיישאַן אין SiC קריסטאַלז..

(4) עלעקטריקאַל פּראָפּערטיעס: סיק ווי אַ רעפּריזענאַטיוו מאַטעריאַל פון ברייט באַנדגאַפּ סעמיקאַנדאַקטערז, 6H-SiC און 4H-SiC באַנדגאַפּ ברייטס זענען 3.0 eV און 3.2 eV ריספּעקטיוולי, וואָס איז 3 מאל אַז פון סי און 2 מאל אַז פון גאַאַס. האַלב-אָנפירער דעוויסעס געמאכט פון SiC האָבן קלענערער ליקאַדזש קראַנט און גרעסערע ברייקדאַון עלעקטריק פעלד, אַזוי SiC איז גערעכנט ווי אַן אידעאל מאַטעריאַל פֿאַר הויך-מאַכט דעוויסעס. די סאַטשערייטאַד עלעקטראָן מאָביליטי פון SiC איז אויך 2 מאל העכער ווי אַז פון Si, און עס אויך האט קלאָר ווי דער טאָג אַדוואַנטידזשיז אין דער צוגרייטונג פון הויך-אָפטקייַט דעוויסעס. P-Type SiC קריסטאַלז אָדער N-Type SiC קריסטאַלז קענען זיין באקומען דורך דאָפּינג די טומע אַטאָמס אין די קריסטאַלז. דערווייַל, P-Type SiC קריסטאַלז זענען דער הויפּט דאָפּט דורך Al, B, Be, O, Ga, Sc און אנדערע אַטאָמס, און N-Typ סיק קריסטאַלז זענען דער הויפּט דאָפּט דורך N אַטאָמס. דער חילוק פון דאָפּינג קאַנסאַנטריישאַן און טיפּ וועט האָבן אַ גרויס פּראַל אויף די גשמיות און כעמישער פּראָפּערטיעס פון סיק. אין דער זעלביקער צייט, די פריי טרעגער קענען זיין ניילד דורך די טיף מדרגה דאָפּינג אַזאַ ווי V, די רעסיסטיוויטי קענען זיין געוואקסן און די האַלב-ינסאַלייטינג סיק קריסטאַל קענען זיין באקומען.

(5) אָפּטיש פּראָפּערטיעס: רעכט צו דער לעפיערעך ברייט באַנד ריס, די אַנדאָפּעד סיק קריסטאַל איז בלאַס און טראַנספּעראַנט. די דאָפּט סיק קריסטאַלז ווייַזן פאַרשידענע פארבן רעכט צו זייער פאַרשידענע פּראָפּערטיעס, פֿאַר בייַשפּיל, 6H-SiC איז גרין נאָך דאָפּינג ען; 4H-SiC איז ברוין. 15R-SiC איז געל. דאָפּט מיט על, 4H-SiC איז בלוי. עס איז אַן ינטואַטיוו אופֿן צו ויסטיילן SiC קריסטאַל טיפּ דורך אָבסערווירן די חילוק פון קאָלירן. מיט די קעסיידערדיק פאָרשונג אויף SiC פֿאַרבונדענע פעלדער אין די לעצטע 20 יאָר, גרויס ברייקטרוז זענען געמאכט אין פֿאַרבונדענע טעקנאַלאַדזשיז.

אכט,הקדמה פון SiC אַנטוויקלונג סטאַטוס

דערווייַל, די SiC אינדוסטריע איז געווארן ינקריסינגלי שליימעסדיק, פֿון סאַבסטרייט ווייפערז, עפּיטאַקסיאַל ווייפערז צו די פּראָדוקציע פון מיטל, פּאַקקאַגינג, די גאנצע ינדאַסטרי קייט איז מאַטיורד, און עס קענען צושטעלן SiC פֿאַרבונדענע פּראָדוקטן צו די מאַרק.

Cree איז אַ פירער אין די SiC קריסטאַל וווּקס אינדוסטריע מיט אַ לידינג שטעלע אין די גרייס און קוואַליטעט פון SiC סאַבסטרייט ווייפערז. Cree דערווייַל טראגט 300,000 סיק סאַבסטרייט טשיפּס פּער יאָר, אַקאַונטינג פֿאַר מער ווי 80% פון גלאבאלע טראַנספּאָרט.

אין סעפטעמבער 2019, Cree מודיע אַז עס וועט בויען אַ נייַע מעכירעס אין ניו יארק סטעיט, USA, וואָס וועט נוצן די מערסט אַוואַנסירטע טעכנאָלאָגיע צו וואַקסן 200 מם דיאַמעטער מאַכט און RF SiC סאַבסטרייט ווייפערז, ינדאַקייטינג אַז זייַן 200 מם סיק סאַבסטרייט מאַטעריאַל צוגרייטונג טעכנאָלאָגיע האט ווערן מער דערוואַקסן.

דערווייַל, די מיינסטרים פּראָדוקטן פון סיק סאַבסטרייט טשיפּס אויף די מאַרק זענען דער הויפּט 4H-SiC און 6H-SiC קאַנדאַקטיוו און האַלב-ינסאַלייטיד טייפּס פון 2-6 אינטשעס.
אין אקטאבער 2015, Cree איז געווען דער ערשטער צו קאַטער 200 מם סיק סאַבסטרייט ווייפערז פֿאַר N-טיפּ און געפירט, וואָס איז געווען די אָנהייב פון די 8-אינטש סיק סאַבסטרייט ווייפערז צו די מאַרק.
אין 2016, ראָמם סטאַרטעד ספּאָנסאָרינג די ווענטורי מאַנשאַפֿט און איז געווען דער ערשטער צו נוצן די IGBT + SiC SBD קאָמבינאַציע אין די מאַשין צו פאַרבייַטן די IGBT + Si FRD לייזונג אין דעם טראדיציאנעלן 200 קוו ינווערטער. נאָך דער פֿאַרבעסערונג, די וואָג פון די ינווערטער איז רידוסט דורך 2 קג און די גרייס איז רידוסט דורך 19% בשעת די זעלבע מאַכט.

אין 2017, נאָך די ווייַטער קינדער פון SiC MOS + SiC SBD, ניט בלויז די וואָג איז רידוסט דורך 6 קג, די גרייס איז רידוסט דורך 43%, און די ינווערטער מאַכט איז אויך געוואקסן פון 200 קוו צו 220 קוו.
נאָך טעסלאַ אנגענומען SIC-באזירט דעוויסעס אין די הויפּט פאָר ינווערטערס פון זיין מאָדעל 3 פּראָדוקטן אין 2018, די דעמאַנסטריישאַן ווירקונג איז ראַפּאַדלי אַמפּלאַפייד, מאכן די XEV אָטאַמאָוטיוו מאַרק באַלד אַ מקור פון יקסייטמאַנט פֿאַר די SiC מאַרק. מיט די געראָטן אַפּלאַקיישאַן פון SiC, די פֿאַרבונדענע מאַרק פּראָדוקציע ווערט איז אויך ראַפּאַדלי געוואקסן.

ניינטער,מסקנא:

מיט די קעסיידערדיק פֿאַרבעסערונג פון SiC פֿאַרבונדענע ינדאַסטרי טעקנאַלאַדזשיז, זייַן טראָגן און רילייאַבילאַטי וועט זיין ווייַטער ימפּרוווד, די פּרייַז פון SiC דעוויסעס וועט אויך זיין רידוסט, און די מאַרק קאַמפּעטיטיווניס פון SiC וועט זיין מער קלאָר ווי דער טאָג. אין דער צוקונפֿט, SiC דעוויסעס וועט זיין מער וויידלי געניצט אין פאַרשידן פעלדער אַזאַ ווי אָטאַמאָובילז, קאָמוניקאַציע, מאַכט גרידס און טראַנספּערטיישאַן, און די פּראָדוקט מאַרק וועט זיין ברייטערער, און די מאַרק גרייס וועט זיין יקספּאַנדיד ווייַטער, און ווערן אַ וויכטיק שטיצן פֿאַר די נאציאנאלע. עקאנאמיע.

פּאָסטן צייט: יאנואר 25-2024

סטרוקטור און גראָוט טעכנאָלאָגיע פון ​​סיליציום קאַרבידע (Ⅱ)

סטרוקטור און גראָוט טעכנאָלאָגיע פון סיליציום קאַרבידע (Ⅱ)