Ẹkẹrin, Ọna gbigbe oru
Ọna gbigbe ọkọ oju omi ti ara (PVT) ti ipilẹṣẹ lati imọ-ẹrọ sublimation alakoso vapor ti a ṣe nipasẹ Lely ni 1955. SiC lulú ti wa ni gbe sinu tube graphite kan ati ki o kikan si iwọn otutu ti o ga lati decompose ati sublimate SiC lulú, ati lẹhinna tube graphite ti tutu. Lẹhin jijẹ ti SiC lulú, awọn paati alakoso oru ti wa ni ipamọ ati ki o di crystallized sinu awọn kirisita SiC ni ayika tube graphite. Botilẹjẹpe ọna yii nira lati gba iwọn nla SiC awọn kirisita ẹyọkan, ati ilana fifisilẹ ninu tube graphite jẹra lati ṣakoso, o pese awọn imọran fun awọn oniwadi ti o tẹle.
Ym Terairov et al. ni Russia ṣe agbekalẹ imọran ti awọn kirisita irugbin lori ipilẹ yii, o si yanju iṣoro ti apẹrẹ gara ti ko ni iṣakoso ati ipo iparun ti awọn kirisita SiC. Awọn oniwadi ti o tẹle tẹsiwaju lati ni ilọsiwaju ati nikẹhin ni idagbasoke ọna gbigbe gaasi ti ara (PVT) ni lilo ile-iṣẹ loni.
Gẹgẹbi ọna idagbasoke SiC gara akọkọ, ọna gbigbe ọru ti ara jẹ ọna idagbasoke akọkọ julọ fun idagbasoke SiC gara. Ti a bawe pẹlu awọn ọna miiran, ọna naa ni awọn ibeere kekere fun ohun elo idagbasoke, ilana idagbasoke ti o rọrun, iṣakoso ti o lagbara, idagbasoke ni kikun ati iwadii, ati pe o ti rii ohun elo ile-iṣẹ. Eto ti gara ti o dagba nipasẹ ọna PVT akọkọ ti isiyi jẹ afihan ni eeya naa.
Awọn aaye iwọn otutu axial ati radial le ni iṣakoso nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo idabobo igbona ti ita ti crucible graphite. Awọn SiC lulú ti wa ni gbe ni isalẹ ti lẹẹdi crucible pẹlu kan ti o ga otutu, ati awọn SiC irugbin crystal ti wa ni ti o wa titi ni awọn oke ti graphite crucible pẹlu kan kekere otutu. Awọn aaye laarin awọn lulú ati awọn irugbin ti wa ni gbogbo dari lati wa ni mewa ti millimeters lati yago fun olubasọrọ laarin awọn dagba nikan gara ati awọn lulú. Iwọn iwọn otutu nigbagbogbo wa ni iwọn 15-35 ℃ / cm. Gaasi inert ti 50-5000 Pa wa ni ipamọ ninu ileru lati mu convection pọ si. Ni ọna yii, lẹhin ti SiC lulú ti wa ni kikan si 2000-2500 ℃ nipasẹ alapapo fifa irọbi, SiC lulú yoo sublimate ati decompose sinu Si, Si2C, SiC2 ati awọn paati oru miiran, ati pe a gbe lọ si opin irugbin pẹlu convection gaasi, ati awọn SiC gara ti wa ni crystallized lori irugbin gara lati ṣaṣeyọri idagbasoke kristali ẹyọkan. Iwọn idagba aṣoju rẹ jẹ 0.1-2mm / h.
Ilana PVT dojukọ iṣakoso ti iwọn otutu idagbasoke, iwọn otutu otutu, dada idagbasoke, aye dada ohun elo ati titẹ idagbasoke, anfani rẹ ni pe ilana rẹ jẹ ogbo, awọn ohun elo aise jẹ rọrun lati gbejade, idiyele jẹ kekere, ṣugbọn ilana idagbasoke ti Ọna PVT nira lati ṣe akiyesi, oṣuwọn idagbasoke gara ti 0.2-0.4mm / h, o nira lati dagba awọn kirisita pẹlu sisanra nla (> 50mm). Lẹhin ewadun ti awọn akitiyan lemọlemọfún, ọja lọwọlọwọ fun awọn wafers sobusitireti SiC ti o dagba nipasẹ ọna PVT ti tobi pupọ, ati iṣelọpọ lododun ti awọn wafers sobusitireti SiC le de ọdọ awọn ọgọọgọrun ẹgbẹẹgbẹrun awọn wafers, ati pe iwọn rẹ n yipada ni diėdiė lati 4 inches si 6 inches. , ati pe o ti ni idagbasoke 8 inches ti awọn ayẹwo sobusitireti SiC.
Karun,Ọna itusilẹ kẹmika otutu giga
Ipilẹ Ọru Kemikali otutu giga (HTCVD) jẹ ọna ti o ni ilọsiwaju ti o da lori Isọsọ Ọru Kemikali (CVD). Ọna naa ni akọkọ dabaa ni 1995 nipasẹ Kordina et al., Yunifasiti Linkoping, Sweden.
Aworan igbekalẹ idagbasoke jẹ afihan ninu eeya:
Awọn aaye iwọn otutu axial ati radial le ni iṣakoso nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo idabobo igbona ti ita ti crucible graphite. Awọn SiC lulú ti wa ni gbe ni isalẹ ti lẹẹdi crucible pẹlu kan ti o ga otutu, ati awọn SiC irugbin crystal ti wa ni ti o wa titi ni awọn oke ti graphite crucible pẹlu kan kekere otutu. Awọn aaye laarin awọn lulú ati awọn irugbin ti wa ni gbogbo dari lati wa ni mewa ti millimeters lati yago fun olubasọrọ laarin awọn dagba nikan gara ati awọn lulú. Iwọn iwọn otutu nigbagbogbo wa ni iwọn 15-35 ℃ / cm. Gaasi inert ti 50-5000 Pa wa ni ipamọ ninu ileru lati mu convection pọ si. Ni ọna yii, lẹhin ti SiC lulú ti wa ni kikan si 2000-2500 ℃ nipasẹ alapapo fifa irọbi, SiC lulú yoo sublimate ati decompose sinu Si, Si2C, SiC2 ati awọn paati oru miiran, ati pe a gbe lọ si opin irugbin pẹlu convection gaasi, ati awọn SiC gara ti wa ni crystallized lori irugbin gara lati ṣaṣeyọri idagbasoke kristali ẹyọkan. Iwọn idagba aṣoju rẹ jẹ 0.1-2mm / h.
Ilana PVT dojukọ iṣakoso ti iwọn otutu idagbasoke, iwọn otutu otutu, dada idagbasoke, aye dada ohun elo ati titẹ idagbasoke, anfani rẹ ni pe ilana rẹ jẹ ogbo, awọn ohun elo aise jẹ rọrun lati gbejade, idiyele jẹ kekere, ṣugbọn ilana idagbasoke ti Ọna PVT nira lati ṣe akiyesi, oṣuwọn idagbasoke gara ti 0.2-0.4mm / h, o nira lati dagba awọn kirisita pẹlu sisanra nla (> 50mm). Lẹhin ewadun ti awọn akitiyan lemọlemọfún, ọja lọwọlọwọ fun awọn wafers sobusitireti SiC ti o dagba nipasẹ ọna PVT ti tobi pupọ, ati iṣelọpọ lododun ti awọn wafers sobusitireti SiC le de ọdọ awọn ọgọọgọrun ẹgbẹẹgbẹrun awọn wafers, ati pe iwọn rẹ n yipada ni diėdiė lati 4 inches si 6 inches. , ati pe o ti ni idagbasoke 8 inches ti awọn ayẹwo sobusitireti SiC.
Karun,Ọna itusilẹ kẹmika otutu giga
Ipilẹ Ọru Kemikali otutu giga (HTCVD) jẹ ọna ti o ni ilọsiwaju ti o da lori Isọsọ Ọru Kemikali (CVD). Ọna naa ni akọkọ dabaa ni 1995 nipasẹ Kordina et al., Yunifasiti Linkoping, Sweden.
Aworan igbekalẹ idagbasoke jẹ afihan ninu eeya:
Nigbati kirisita SiC ti dagba nipasẹ ọna ipele omi, iwọn otutu ati pinpin convection inu ojutu iranlọwọ ni a fihan ni eeya:
O le rii pe iwọn otutu ti o wa nitosi odi crucible ni ojutu iranlọwọ jẹ ti o ga julọ, lakoko ti iwọn otutu ti o wa ni gara irugbin jẹ kekere. Lakoko ilana idagbasoke, crucible graphite pese orisun C fun idagbasoke gara. Nitoripe iwọn otutu ti o wa ni odi crucible jẹ giga, solubility ti C jẹ nla, ati pe oṣuwọn itusilẹ jẹ yara, iye nla ti C yoo wa ni tituka ni ogiri ti o gbin lati ṣe ojutu ti o kun fun C. Awọn iṣeduro wọnyi pẹlu iye nla. ti C tituka yoo wa ni gbigbe si apa isalẹ ti awọn kirisita irugbin nipasẹ convection laarin ojutu iranlọwọ. Nitori iwọn otutu kekere ti opin gara irugbin, solubility ti C ti o baamu dinku ni ibamu, ati pe ojutu atilẹba C-po lopolopo di ojutu supersaturated ti C lẹhin gbigbe si opin iwọn otutu kekere labẹ ipo yii. Suprataturated C ni ojutu ni idapo pẹlu Si ni ojutu iranlọwọ le dagba SiC gara epitaxial lori irugbin gara. Nigbati awọn superforated apa C precipitates jade, awọn ojutu pada si awọn ga-otutu opin ti awọn crucible odi pẹlu convection, ati ki o tu C lẹẹkansi lati fẹlẹfẹlẹ kan ti po lopolopo ojutu.
Gbogbo ilana tun, ati SiC gara dagba. Ninu ilana idagbasoke ipele omi, itusilẹ ati ojoriro ti C ni ojutu jẹ atọka pataki ti ilọsiwaju idagbasoke. Lati le rii daju idagbasoke gara gara, o jẹ dandan lati ṣetọju iwọntunwọnsi laarin itu C ni ogiri crucible ati ojoriro ni opin irugbin. Ti itu C ba tobi ju ojoriro ti C, lẹhinna C ti o wa ninu gara ti ni ilọsiwaju diẹdiẹ, ati iparun lẹẹkọkan ti SiC yoo waye. Ti itu C ba kere ju ojoriro ti C, idagba gara yoo nira lati gbe jade nitori aini solute.
Ni akoko kanna, gbigbe ti C nipasẹ convection tun ni ipa lori ipese C lakoko idagbasoke. Lati le dagba awọn kirisita SiC pẹlu didara gara to dara ati sisanra to, o jẹ dandan lati rii daju dọgbadọgba ti awọn eroja mẹta ti o wa loke, eyiti o pọ si iṣoro ti idagbasoke ipele omi SiC. Bibẹẹkọ, pẹlu ilọsiwaju mimu ati ilọsiwaju ti awọn imọ-jinlẹ ti o jọmọ ati imọ-ẹrọ, awọn anfani ti idagbasoke ipele omi ti awọn kirisita SiC yoo ṣafihan diẹdiẹ.
Ni lọwọlọwọ, idagbasoke ipele omi ti awọn kirisita SiC 2-inch le ṣee ṣe ni Japan, ati idagbasoke ipele omi ti awọn kirisita 4-inch tun ti ni idagbasoke. Lọwọlọwọ, iwadi ti ile ti o yẹ ko ti ri awọn esi to dara, ati pe o jẹ dandan lati tẹle awọn iṣẹ iwadi ti o yẹ.
Ekeje, Awọn ohun-ini ti ara ati kemikali ti awọn kirisita SiC
(1) Awọn ohun-ini ẹrọ: Awọn kirisita SiC ni lile ti o ga pupọ ati resistance yiya ti o dara. Lile Mohs rẹ wa laarin 9.2 ati 9.3, ati lile Krit rẹ wa laarin 2900 ati 3100Kg/mm2, eyiti o jẹ keji nikan si awọn kirisita diamond laarin awọn ohun elo ti a ti ṣe awari. Nitori awọn ohun-ini ẹrọ ti o dara julọ ti SiC, lulú SiC ni igbagbogbo lo ninu gige tabi ile-iṣẹ lilọ, pẹlu ibeere lododun ti o to awọn miliọnu awọn toonu. Ibora-iṣọra lori diẹ ninu awọn iṣẹ iṣẹ yoo tun lo ibora SiC, fun apere, awọn wọ-sooro bo lori diẹ ninu awọn warships ti wa ni kq ti SiC bo.
(2) Awọn ohun-ini ti o gbona: imudani ti o gbona ti SiC le de ọdọ 3-5 W / cm · K, eyiti o jẹ awọn akoko 3 ti semiconductor ibile Si ati awọn akoko 8 ti GaAs. Ṣiṣejade ooru ti ẹrọ ti a pese sile nipasẹ SiC le ni kiakia ni kiakia, nitorina awọn ibeere ti awọn ipo ifasilẹ ooru ti ẹrọ SiC jẹ alaimuṣinṣin, ati pe o dara julọ fun igbaradi ti awọn ẹrọ agbara-giga. SiC ni awọn ohun-ini thermodynamic iduroṣinṣin. Labẹ awọn ipo titẹ deede, SiC yoo jẹ taara taara sinu oru ti o ni Si ati C ni giga julọ.
(3) Awọn ohun-ini Kemikali: SiC ni awọn ohun-ini kemikali iduroṣinṣin, resistance ibajẹ ti o dara, ati pe ko dahun pẹlu eyikeyi acid ti a mọ ni iwọn otutu yara. SiC ti a gbe sinu afẹfẹ fun igba pipẹ yoo rọra ṣe fẹlẹfẹlẹ tinrin ti SiO2 ipon, idilọwọ awọn aati ifoyina siwaju sii. Nigbati iwọn otutu ba dide si diẹ sii ju 1700 ℃, SiO2 tinrin Layer yo ati oxidizes ni iyara. SiC le faragba ifasilẹ oxidation lọra pẹlu awọn oxidants didà tabi awọn ipilẹ, ati awọn wafers SiC nigbagbogbo jẹ ibajẹ ni KOH didà ati Na2O2 lati ṣe afihan dislocation ni awọn kirisita SiC.
(4) Awọn ohun-ini itanna: SiC gẹgẹbi ohun elo aṣoju ti awọn oniṣiro bandgap jakejado, 6H-SiC ati 4H-SiC bandgap widths jẹ 3.0 eV ati 3.2 eV lẹsẹsẹ, eyiti o jẹ awọn akoko 3 ti Si ati awọn akoko 2 ti GaAs. Awọn ẹrọ adaorin ologbele ti SiC ni jijo kekere lọwọlọwọ ati aaye ina fifọ nla, nitorinaa a gba SiC bi ohun elo pipe fun awọn ẹrọ agbara giga. Arinrin elekitironi ti o kun fun SiC tun jẹ awọn akoko 2 ti o ga ju ti Si, ati pe o tun ni awọn anfani ti o han gbangba ni igbaradi ti awọn ẹrọ igbohunsafẹfẹ giga. Awọn kirisita SiC iru P tabi awọn kirisita SiC iru N le ṣee gba nipasẹ doping awọn ọta aimọ ni awọn kirisita. Ni lọwọlọwọ, awọn kirisita SiC iru P jẹ doped nipataki nipasẹ Al, B, Be, O, Ga, Sc ati awọn ọta miiran, ati awọn kirisita sic iru N jẹ doped nipataki nipasẹ awọn ọta N. Iyatọ ti ifọkansi doping ati iru yoo ni ipa nla lori awọn ohun-ini ti ara ati kemikali ti SiC. Ni akoko kanna, awọn ti ngbe free le ti wa ni mọ nipa awọn jin ipele doping bi V, awọn resistivity le ti wa ni pọ, ati awọn ologbele-insulating SiC gara le ti wa ni gba.
(5) Awọn ohun-ini opitika: Nitori aafo ẹgbẹ jakejado ti o jo, SiC crystal ti ko ni awọ ko ni awọ ati sihin. Awọn kirisita SiC doped ṣe afihan awọn awọ oriṣiriṣi nitori awọn ohun-ini oriṣiriṣi wọn, fun apẹẹrẹ, 6H-SiC jẹ alawọ ewe lẹhin doping N; 4H-SiC jẹ brown. 15R-SiC jẹ ofeefee. Doped pẹlu Al, 4H-SiC han bulu. O jẹ ọna ogbon inu lati ṣe iyatọ iru SiC gara nipasẹ wiwo iyatọ ti awọ. Pẹlu iwadii lemọlemọfún lori awọn aaye ti o jọmọ SiC ni awọn ọdun 20 sẹhin, awọn aṣeyọri nla ni a ti ṣe ni awọn imọ-ẹrọ ti o jọmọ.
Ẹkẹjọ,Ifihan ipo idagbasoke SiC
Lọwọlọwọ, ile-iṣẹ SiC ti di pipe siwaju sii, lati awọn wafers sobusitireti, awọn wafers epitaxial si iṣelọpọ ẹrọ, iṣakojọpọ, gbogbo pq ile-iṣẹ ti dagba, ati pe o le pese awọn ọja ti o jọmọ SiC si ọja naa.
Cree jẹ oludari ninu ile-iṣẹ idagbasoke kirisita SiC pẹlu ipo oludari ni iwọn mejeeji ati didara ti awọn wafers sobusitireti SiC. Cree lọwọlọwọ ṣe agbejade awọn eerun sobusitireti SiC 300,000 fun ọdun kan, ṣiṣe iṣiro diẹ sii ju 80% ti awọn gbigbe ni kariaye.
Ni Oṣu Kẹsan ọdun 2019, Cree kede pe yoo kọ ile-iṣẹ tuntun ni Ipinle New York, AMẸRIKA, eyiti yoo lo imọ-ẹrọ to ti ni ilọsiwaju julọ lati dagba agbara iwọn 200 mm ati awọn wafers sobusitireti RF SiC, ti n tọka pe 200 mm SiC imọ-ẹrọ igbaradi ohun elo sobusitireti ti ni di ogbo sii.
Ni lọwọlọwọ, awọn ọja akọkọ ti awọn eerun sobusitireti SiC lori ọja jẹ nipataki 4H-SiC ati 6H-SiC conductive ati awọn iru idayatọ ologbele ti awọn inṣi 2-6.
Ni Oṣu Kẹwa ọdun 2015, Cree ni akọkọ lati ṣe ifilọlẹ awọn wafers sobusitireti 200 mm SiC fun iru N ati LED, ti n samisi ibẹrẹ ti awọn wafers sobusitireti SiC 8-inch si ọja naa.
Ni ọdun 2016, Romm bẹrẹ onigbowo ẹgbẹ Venturi ati pe o jẹ ẹni akọkọ lati lo IGBT + SiC SBD apapo ninu ọkọ ayọkẹlẹ lati rọpo ojutu IGBT + Si FRD ni oluyipada 200 kW ibile. Lẹhin ilọsiwaju naa, iwuwo ti oluyipada ti dinku nipasẹ 2 kg ati pe iwọn naa dinku nipasẹ 19% lakoko mimu agbara kanna.
Ni ọdun 2017, lẹhin igbasilẹ siwaju ti SiC MOS + SiC SBD, kii ṣe iwuwo nikan ti dinku nipasẹ 6 kg, iwọn naa dinku nipasẹ 43%, ati pe agbara oluyipada tun pọ si lati 200 kW si 220 kW.
Lẹhin Tesla ti gba awọn ẹrọ ti o da lori SIC ni awọn oluyipada awakọ akọkọ ti awọn ọja 3 Awoṣe rẹ ni ọdun 2018, ipa ifihan ti pọ si ni iyara, ṣiṣe ọja ọkọ ayọkẹlẹ xEV laipẹ orisun idunnu fun ọja SiC. Pẹlu ohun elo aṣeyọri ti SiC, iye iṣelọpọ ọja ti o ni ibatan ti tun dide ni iyara.
kẹsan,Ipari:
Pẹlu ilọsiwaju ilọsiwaju ti awọn imọ-ẹrọ ile-iṣẹ ti o jọmọ SiC, ikore rẹ ati igbẹkẹle yoo ni ilọsiwaju siwaju sii, idiyele awọn ẹrọ SiC yoo tun dinku, ati ifigagbaga ọja ti SiC yoo han diẹ sii. Ni ọjọ iwaju, awọn ẹrọ SiC yoo jẹ lilo pupọ ni ọpọlọpọ awọn aaye bii awọn ọkọ ayọkẹlẹ, awọn ibaraẹnisọrọ, awọn grids agbara, ati gbigbe, ati pe ọja ọja yoo gbooro, ati iwọn ọja naa yoo pọ si siwaju sii, di atilẹyin pataki fun orilẹ-ede. aje.
Akoko ifiweranṣẹ: Jan-25-2024