Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining vakillik materiallaridan biri sifatida silikon karbid yuqori haroratli, yuqori chastotali, radiatsiyaga qarshi, yuqori quvvatli va yuqori zichlikdagi integral elektron qurilmalarni ishlab chiqarish uchun javob beradi. Hozirgi vaqtda qurilmalarni ishlab chiqarishda ishlatiladigan kremniy karbidli yagona kristalli substrat materiallari odatda PVT (Fizik bug 'tashish) usuli bilan o'stiriladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, SiC kukunining tozaligi va zarracha kattaligi va kristal turi kabi boshqa parametrlar PVT usuli bilan o'stirilgan SiC yagona kristallarining sifatiga va hatto keyingi qurilmalarning sifatiga ma'lum darajada ta'sir qiladi. Ushbu maqola asosan PVT usuli bilan bitta kristall o'sishi uchun yuqori toza SiC kukunini sintez qilish jarayoniga qaratilgan.
SiC kukuni sintezi usuli
SiC kukunini sintez qilishning ko'plab usullari mavjud. Umuman olganda, uni taxminan uchta usulga bo'lish mumkin. Birinchi usul qattiq fazali usul bo'lib, ular orasida vakili karbootermik qaytarilish usuli, o'z-o'zini ko'paytirish yuqori haroratli sintez usuli va mexanik pulverizatsiya usuli; ikkinchi usul suyuq fazali usul bo'lib, uning vakili usuli asosan zol-koagulyatsiya Yelimlash usuli va polimerlarning termik parchalanish usuli hisoblanadi; uchinchi usul - gaz fazasi usuli, shu jumladan kimyoviy bug 'tushirish usuli, plazma usuli va lazer bilan indüksiyon usuli.
1. Har xil usullarning afzalliklari va kamchiliklari
Qattiq faza usuli bilan sintez qilingan kremniy karbid kukuni ancha tejamkor, xom ashyoning keng assortimenti va arzon narxlari bilan ajralib turadi va sanoat tomonidan ishlab chiqarilishi oson. Shu bilan birga, ushbu usul bilan sintez qilingan kremniy karbid kukuni yuqori nopoklik tarkibiga va past sifatga ega; yuqori haroratli o'z-o'zini ko'paytirish usulidan foydalanadi Yuqori harorat reaktivlarga kimyoviy reaktsiyani boshlash uchun dastlabki issiqlikni beradi va keyin reaksiyaga kirishmagan moddalarni kimyoviy reaktsiyasini yakunlash uchun o'zlarining kimyoviy reaktsiya issiqligidan foydalanadi. Ammo Si va C kimyoviy reaktsiyasi kamroq issiqlik chiqarganligi sababli, o'z-o'zidan tarqaladigan reaktsiyani saqlab qolish uchun boshqa qo'shimchalar qo'shilishi kerak, bu esa muqarrar ravishda nopoklik elementlarini kiritadi va bu usul osonlikcha notekis reaktsiyaga sabab bo'ladi.
Hozirgi vaqtda kremniy karbid kukunini suyuq faza usuli bilan sintez qilish texnologiyasi nisbatan etuk. Suyuq fazalar usuli bilan sintez qilingan kremniy karbid kukuni yuqori darajada toza va nano o'lchamdagi mayda kukundir, ammo bu jarayon ancha murakkab va inson tanasiga zararli moddalar ishlab chiqarish oson.
Gaz fazasi usuli bilan sintez qilingan kremniy karbid kukuni yuqori tozaligi va kichik zarracha kattaligiga ega, bu yuqori toza kremniy karbid kukunini sintez qilishning keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Biroq, bu sintez usuli yuqori narxga va past rentabellikka ega va ommaviy ishlab chiqarish uchun mos emas.
2. Kremniy karbid kukunini sintez qilish uskunalari
Kremniy karbid kukunini sintez qilish uskunalari kremniy karbid yagona kristallarini o'stirish uchun zarur bo'lgan silikon karbid kukunini tayyorlash uchun ishlatiladi. Silikon karbidning keyingi o'sishida yuqori sifatli kremniy karbid kukuni muhim rol o'ynaydi.
Kremniy karbid kukunining sintezi yuqori toza uglerod kukuni va kremniy kukunining to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyasini qabul qiladi va yuqori haroratli sintez usuli bilan ishlab chiqariladi. Kremniy karbid kukunini sintez qilish uskunalarining asosiy texnik qiyinchiliklari yuqori harorat va yuqori vakuumli muhrlash va boshqarish, vakuum kamerali suvni sovutish, vakuum va o'lchov tizimlari, elektrni boshqarish tizimlari, kukun sintezi krujkalarini isitish va biriktirish texnologiyasidir.
Hozirgi vaqtda yirik xorijiy ishlab chiqaruvchilar orasida Cree, Aymont va boshqalar mavjud va sintetik kukunning tozaligi 99,9995% ga etishi mumkin. Asosiy mahalliy qurilmalarga Ikkinchi Xitoy elektr energetikasi tadqiqot instituti, Shandong Tianyue, Tianke Heda va Xitoy Fanlar akademiyasining keramika instituti kiradi. Tozalik odatda 99,999% ga, ba'zi birliklar esa 99,9995% ga etishi mumkin.
Yuqori toza SiC kukunini sintez qilish usuli
1. CVD usuli
Hozirgi vaqtda bitta kristallarni o'stirish uchun ishlatiladigan yuqori toza SiC kukunining sintez usullari quyidagilarni o'z ichiga oladi: CVD usuli va takomillashtirilgan o'z-o'zini ko'paytirishli sintez usuli (shuningdek, yuqori haroratli sintez usuli yoki yonish usuli deb ham ataladi).
Ular orasida SiC kukunining CVD sintezi uchun Si manbai odatda silan va silikon tetrakloridni o'z ichiga oladi, C manbai odatda uglerod tetraklorid, metan, etilen, asetilen va propandan foydalanadi, dimetildxlorosilan va tetrametilsilan va boshqalar Si manbasini va S ni ta'minlashi mumkin. bir vaqtning o'zida manba.
SashiroEzaki va boshq. CVD usulidan foydalangan holda, substrat sifatida grafit grafitidan, reaktsion gaz va tashuvchi gaz sifatida metil xloretan / vodoroddan foydalangan va SiC plyonkasini 1250 ～ 1350 at ga tushirgan va keyinchalik oksidlanish, tuzlash va maydalash jarayonlari natijasida zarralar olingan. . Diametri 200 ～ 1200mm bo'lgan SiC kukuni.
Garchi bu usul yuqori toza SiC kukunini ishlab chiqarsa-da, keyingi jarayon murakkab, xom ashyo qimmat va hosil kam.
WZZhu va boshq. CVD usulidan foydalanib, reaksiya gazi sifatida silan va asetilenni, tashuvchisi gaz sifatida vodorodni ishlatib, juda nozik va yuqori toza SiC kukunini 1200-1400 ° S da sintez qildi.
AparnaGupta va boshq. reaksiya manbai sifatida geksametilsilandan, tashuvchi gaz sifatida vodorod va argondan foydalangan, shuningdek CVD usuli yordamida ultra mayda va yuqori toza SiC kukunini 1050 dan 1250 ° C gacha sintez qilgan.
Yuqoridagi ikkita tadqiqot guruhi a'zolari organik gaz manbalari yordamida yuqori toza SiC kukunini sintez qilish uchun CVD usulidan foydalanganlar. Biroq, sintezlangan kukun nano-darajadagi o'ta nozik kukundir. Garchi u yuqori tozaligiga ega bo'lsa-da, uni yig'ish oson emas va katta hajmdagi katta hajmdagi ishlab chiqarish uchun mos emas. Sof SiC kukunining sintezi keyinchalik sanoatlashtirishning rivojlanishi uchun qulay emas.
2. O'z-o'zini ko'paytiradigan sintez
Avvalgi o'z-o'zini ko'paytiradigan sintez usuli bu reaktiv jismni tashqi isitish manbai bilan yoqish va keyinchalik o'z kimyoviy moddalarining kimyoviy reaktsiya issiqligidan foydalanib, keyingi kimyoviy reaksiya jarayoni o'z-o'zidan davom etishi va shu bilan materiallarni sintez qilish usuli.
Ushbu usulning ko'p qismida kremniy kukuni va uglerod qora moddasi xom ashyo sifatida ishlatiladi va SiC kukuni ishlab chiqarish uchun 1000-1150 ° S haroratda to'g'ridan-to'g'ri reaksiyaga kirishish uchun boshqa aktivatorlar qo'shiladi. Aktivatorlarning kiritilishi muqarrar ravishda sintez qilingan mahsulotlarning tozaligi va sifatiga ta'sir qiladi.
Shu sababli, ko'plab tadqiqotchilar shu asosda takomillashtirilgan o'z-o'zini ko'paytiradigan sintez usulini taklif qilishdi. Yaxshilash, asosan, faollashtiruvchi vositalarni kiritishdan saqlanish va sintez haroratini oshirish va doimiy isitishni ta'minlash orqali sintez reaktsiyasining uzluksiz va samarali rivojlanishini ta'minlashdan iborat.
1999 yildayoq Yaponiyaning Bridgestone kompaniyasi kremniy manbai sifatida tetraetoksissilandan, uglerod manbai sifatida fenol qatronidan foydalangan. 1700-2000 ℃ oralig'ida yonish usulidan foydalanib, 10-500 mkm zarracha kattaligi, 0,5 × 10-6 dan kam qismi bo'lgan SiC kukuni aralashmasi sifatini sintez qildi.
Shu bilan birga, ushbu usulning reaktiv moddalari organik moddalardan foydalanadi, shuning uchun xom ashyoning narxi nisbatan yuqori, bu SiC kukunini ommaviy ishlab chiqarish uchun qulay emas.
Xitoy Fanlar akademiyasining Silikon tadqiqotlari instituti tadqiqotchilari Si kukuni va C kukunini xom ashyoning massa ulushlari 99,9% va undan yuqori bo'lganligi sababli 99,999% bo'lgan SiC kukunining massa ulushini sintez qilish uchun kristalning yuqori haroratli reaktsiyasi natijasida bitta kristalli o'sishi uchun foydalidir. Ar atmosfera.
Shandong universiteti xodimi Ning Lina va boshqalar bir xil ravishda Si kukuni va C kukunini 1: 1 mol nisbati bilan aralashtirdilar. Ikkilamchi reaktsiya usuli yordamida SiC kukuni yuqori haroratda sintez qilindi.
LiWANG va boshqalar uglerod manbai (massa ulushi 99.9%) sifatida faol uglerod (zarracha kattaligi 20-100mm) va grafit grafitidan (zarracha kattaligi 5-25mm), silikon manbai sifatida yuqori toza silikondan (zarracha hajmi 10-270mm, massa ulushi) foydalanadi. 99,999%)).
Yuqori toza SiC kukuni 1900 at da argon atmosferasida vakuumli yuqori haroratli sinterlash pechida tayyorlangan.
LihuanWANG va boshq. kremniy kukuni (massa ulushi 99,999%, zarrachalar 5-10 mm) va uglerod kukuni (massa ulushi 99,999%, zarralar 5-20 mm) ishlatilib, yuqori toza SiC kukunini oraliq chastotali isitishda yonishning sintezi usuli bilan sintez qilinadi.
China Electronics Technology Group korporatsiyasining Ikkinchi tadqiqot instituti xodimi Li Bin bitta kristalli o'sish uchun silikon karbid kukunini sintez qilish uchun o'z-o'zini ko'paytirish usulidan foydalandi. Tajribalarda yuqori vakuum sharoitida sintez qilingan kremniy karbid kukunining tozaligi ochiq tashuvchi gaz sharoitida sintez qilingan silikon karbid kukuniga qaraganda yaxshiroq ekanligi aniqlandi. Xususan, yuqori vakuum sharoitlari kremniy karbid kukunidagi N kontsentratsiyasini kamaytirishga yordam beradi.
Bundan tashqari, kremniy karbidli yagona kristallar yuqori vakuum sharoitida sintez qilingan kremniy karbid kukuni yordamida o'stirildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, yetishtiriladigan kremniy karbidli yagona kristallar yuqori tozaligi va yarim izolyatsiyalovchi mukammal xususiyatlariga ega bo'lib, ular yarim izolyatsiyalovchi substratlar uchun tegishli moslamalarning talablariga javob beradi. Elektr talablari. Ko'rinib turibdiki, yuqori vakuum sharoitida sintez qilingan kremniy karbid kukuni yuqori toza yarim izolyatsion kremniy karbid yagona kristallarining o'sishi uchun foydalidir.
Yuqori toza SiC kukunini sintez qilish jarayoni istiqboli
SiC ni sintez qilish uchun takomillashtirilgan o'z-o'zini ko'paytirish usuli nisbatan past xom ashyoga va nisbatan oddiy protseduralarga ega. Hozirgi vaqtda SiC kukunini sintez qilish uchun bitta kristallarni o'stirish uchun laboratoriyalarda qo'llaniladigan keng tarqalgan usul. Sintez jarayonida turli xil sintez jarayonining parametrlari sintez qilingan mahsulotga ma'lum darajada ta'sir ko'rsatishi aniqlandi. .
Kelajakda izlanishlarni quyidagi yo'nalishlarda kuchaytirish zarur:
1. Yuqori toza SiC kukunini sintez qilish jarayoni mexanizmi bo'yicha chuqur tadqiqotlar, ayniqsa chang zarralari hajmi, shakli, zarracha kattaligi taqsimoti va tozaligini samarali boshqarish bo'yicha asosiy nazariy tadqiqotlarni kuchaytirish.
2. Arzon narxlardagi va oddiy jarayon asosida sifatli va yuqori tozaligi bilan bitta kristalli SiC o'sishi uchun mos bo'lgan yuqori toza SiC kukunini tayyorlash uchun SiC kukunining o'z-o'zini ko'paytiradigan sintezining o'ziga xos jarayonini takomillashtirish bo'yicha tadqiqotlarni yanada kuchaytirish. Shuning uchun u SiC yagona kristalli substratlarining o'sish sifatini samarali ravishda yaxshilaydi va mening mamlakatim' SiC asosidagi asbobsozlik sanoatining rivojlanishiga yordam beradi.
