Dördünji, Fiziki buglary geçirmek usuly
Fiziki buglary daşamak (PVT) usuly Lely tarapyndan 1955-nji ýylda oýlanyp tapylan bug fazasy sublimasiýa tehnologiýasyndan gelip çykypdyr. SiC tozy grafit turbasyna ýerleşdirilýär we SiC poroşokyny dargatmak we ýok etmek üçin ýokary temperaturada gyzdyrylýar, soňra grafit turbasy sowadylýar.SiC poroşokynyň dargamagyndan soň, bug fazasynyň bölekleri grafit turbasynyň töweregindäki SiC kristallaryna goýulýar we kristallaşdyrylýar.Bu usul uly göwrümli SiC ýeke kristallaryny almak kyn bolsa-da, grafit turbasyndaky çöketlik prosesine gözegçilik etmek kyn bolsa-da, indiki gözlegçiler üçin pikir döredýär.
Ym Terairow we başgalar.Russiýada tohum kristallary düşünjesini girizdi we SiC kristallarynyň gözegçiliksiz kristal görnüşi we nukleýasiýa ýagdaýy meselesini çözdi.Ondan soňky gözlegçiler kämilleşmegi dowam etdirdiler we netijede häzirki wagtda senagat taýdan ulanmakda fiziki gaz fazasyny daşamak (PVT) usulyny ösdürdiler.
Iň irki SiC kristal ösüş usuly hökmünde, fiziki buglary geçirmek usuly SiC kristalynyň ösmegi üçin iň esasy ösüş usulydyr.Beýleki usullar bilen deňeşdirilende, bu usul ösüş enjamlary, ýönekeý ösüş prosesi, güýçli gözegçilik, düýpli ösüş we gözleg üçin pes talaplara eýedir we senagat taýdan ulanylyşyny amala aşyrdy.Häzirki esasy PVT usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen kristalyň gurluşy suratda görkezilýär.
Ok we radial temperatura meýdanlary, grafitiň daşarky ýylylyk izolýasiýa şertlerine gözegçilik etmek arkaly dolandyrylyp bilner.SiC tozy has ýokary temperatura bilen çüýrän grafitiň düýbüne ýerleşdirilýär we SiC tohum kristaly has pes temperatura bilen çyzylan grafitiň ýokarsynda ýerleşýär.Poroşok bilen tohumyň arasyndaky aralyk, ösýän ýekeje kristal bilen poroşokyň arasynda galmazlyk üçin onlarça millimetr aralykda dolandyrylýar.Temperatura gradienti adatça 15-35 ℃ / sm aralykda bolýar.Konweksiýany ýokarlandyrmak üçin peçde 50-5000 Pa inert gazy saklanýar.Şeýlelik bilen, SiC tozy induksiýa ýylylygy bilen 2000-2500 to çenli gyzdyrylandan soň, SiC tozy Si, Si2C, SiC2 we beýleki bug böleklerine bölünip, dargap, gaz konweksiýasy bilen tohumyň ujuna iberiler we SiC kristal, ýekeje kristal ösmegini gazanmak üçin tohum kristalynda kristallaşdyrylýar.Adaty ösüş depgini 0,1-2mm / sag.
PVT prosesi ösüş temperaturasyna, temperatura gradiýentine, ösüş ýüzüne, material üst aralygyna we ösüş basyşyna gözegçilik edýär, artykmaçlygy, prosesi birneme ýetişen, çig mal öndürmek aňsat, bahasy az, ýöne ösüş prosesi PVT usulyny synlamak kyn, hrustalyň ösüş tizligi 0,2-0,4 mm / sag, uly galyňlygy (> 50mm) bilen kristallary ösdürip ýetişdirmek kyn.Onýyllyklaryň dowamynda üznüksiz tagallalardan soň, PVT usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen SiC substrat wafli üçin häzirki bazar gaty uludy we SiC substrat wafli ýyllyk önümçiligi ýüzlerçe müň waflere ýetip biler we ululygy kem-kemden 4 dýuýmdan 6 dýuýma üýtgeýär. we 8 dýuým SiC substrat nusgalaryny taýýarlady.
Bäşinji,Temperatureokary temperaturaly himiki buglary çökdürmek usuly
Temokary temperaturaly himiki bug çökdürmesi (HTCVD), himiki bug buglanyşyna (CVD) esaslanýan kämilleşdirilen usuldyr.Bu usul ilkinji gezek 1995-nji ýylda Şwesiýanyň Linkoping uniwersiteti Kordina we başg.
Ösüş gurluşynyň diagrammasy suratda görkezilýär:
Ok we radial temperatura meýdanlary, grafitiň daşarky ýylylyk izolýasiýa şertlerine gözegçilik etmek arkaly dolandyrylyp bilner.SiC tozy has ýokary temperatura bilen çüýrän grafitiň düýbüne ýerleşdirilýär we SiC tohum kristaly has pes temperatura bilen çyzylan grafitiň ýokarsynda ýerleşýär.Poroşok bilen tohumyň arasyndaky aralyk, ösýän ýekeje kristal bilen poroşokyň arasynda galmazlyk üçin onlarça millimetr aralykda dolandyrylýar.Temperatura gradienti adatça 15-35 ℃ / sm aralykda bolýar.Konweksiýany ýokarlandyrmak üçin peçde 50-5000 Pa inert gazy saklanýar.Şeýlelik bilen, SiC tozy induksiýa ýylylygy bilen 2000-2500 to çenli gyzdyrylandan soň, SiC tozy Si, Si2C, SiC2 we beýleki bug böleklerine bölünip, dargap, gaz konweksiýasy bilen tohumyň ujuna iberiler we SiC kristal, ýekeje kristal ösmegini gazanmak üçin tohum kristalynda kristallaşdyrylýar.Adaty ösüş depgini 0,1-2mm / sag.
PVT prosesi ösüş temperaturasyna, temperatura gradiýentine, ösüş ýüzüne, material üst aralygyna we ösüş basyşyna gözegçilik edýär, artykmaçlygy, prosesi birneme ýetişen, çig mal öndürmek aňsat, bahasy az, ýöne ösüş prosesi PVT usulyny synlamak kyn, hrustalyň ösüş tizligi 0,2-0,4 mm / sag, uly galyňlygy (> 50mm) bilen kristallary ösdürip ýetişdirmek kyn.Onýyllyklaryň dowamynda üznüksiz tagallalardan soň, PVT usuly bilen ösdürilip ýetişdirilen SiC substrat wafli üçin häzirki bazar gaty uludy we SiC substrat wafli ýyllyk önümçiligi ýüzlerçe müň waflere ýetip biler we ululygy kem-kemden 4 dýuýmdan 6 dýuýma üýtgeýär. we 8 dýuým SiC substrat nusgalaryny taýýarlady.
Bäşinji,Temperatureokary temperaturaly himiki buglary çökdürmek usuly
Temokary temperaturaly himiki bug çökdürmesi (HTCVD), himiki bug buglanyşyna (CVD) esaslanýan kämilleşdirilen usuldyr.Bu usul ilkinji gezek 1995-nji ýylda Şwesiýanyň Linkoping uniwersiteti Kordina we başg.
Ösüş gurluşynyň diagrammasy suratda görkezilýär:
SiC kristaly suwuk faza usuly bilen ösdürilende, kömekçi erginiň içindäki temperatura we konweksiýa paýlanyşy suratda görkezilýär:
Kömekçi ergindäki wajyp diwaryň ýanyndaky temperaturanyň has ýokarydygyny, tohum kristalynyň temperaturasynyň bolsa pesdigini görmek bolýar.Ösüş döwründe, grafit kristal ösmegi üçin C çeşmesini üpjün edýär.Möhüm diwaryň temperaturasy ýokary bolany üçin, C-iň erginligi uly we dargamak tizligi sebäpli, C-iň doýgun erginini emele getirmek üçin, köp mukdarda C eriş diwarynda erär. Bu çözgütler köp mukdarda eredilen C tohum kristallarynyň aşaky bölegine kömekçi erginiň içinde konweksiýa arkaly iberiler.Tohum kristalynyň ujunyň pes temperaturasy sebäpli, degişli C-iň erginligi degişlilikde peselýär we asyl C doýgun ergini bu şertde pes temperatura ujuna geçirilenden soň C-iň ýokary erginine öwrülýär.Kömekçi erginde Si bilen birleşdirilen erginde artykmaç C tohum kristalynda SiC kristal epitaksial ösüp biler.C-iň ýokarky bölegi çökensoň, ergin konweksiýa bilen çüýrän diwaryň ýokary temperatura ujuna gaýdyp gelýär we doýgun ergin emele getirýär.
Tutuş proses gaýtalanýar we SiC kristaly ulalýar.Suwuk fazanyň ösüş prosesinde C ergininde eremegi we ýagmagy ösüşiň ösüşiniň möhüm görkezijisidir.Kristal durnukly ösmegini üpjün etmek üçin, wajyp diwarda C-iň eremegi we tohumyň ujundaky ýagyş arasynda deňagramlylygy saklamaly.C-iň eremegi C ýagyşyndan has uly bolsa, kristaldaky C kem-kemden baýlaşdyrylar we SiC-iň öz-özünden ýadrosy ýüze çykar.C-iň eremegi C ýagyşyndan az bolsa, erginiň ýoklugy sebäpli kristalyň ösüşini amala aşyrmak kyn bolar.
Şol bir wagtyň özünde, C-ni konweksiýa arkaly daşamak, ösüş döwründe C üpjünçiligine hem täsir edýär.SiC kristallaryny ýeterlik derejede kristal hili we ýeterlik galyňlygy bilen ösdürmek üçin ýokardaky üç elementiň deňagramlylygyny üpjün etmeli, bu bolsa SiC suwuk fazasynyň ösüşiniň kynlygyny ep-esli ýokarlandyrýar.Şeýle-de bolsa, baglanyşykly teoriýalaryň we tehnologiýalaryň kem-kemden gowulaşmagy we kämilleşmegi bilen, SiC kristallarynyň suwuk fazaly ösüşiniň artykmaçlyklary kem-kemden görkeziler.
Häzirki wagtda Japanaponiýada 2 dýuým SiC kristallarynyň suwuk fazasynyň ösüşine ýetip bolýar we 4 dýuým kristallaryň suwuk fazasynyň ösüşi hem ösdürilýär.Häzirki wagtda degişli içerki gözlegler gowy netije bermedi we degişli gözleg işlerini dowam etdirmek zerur.
Sevenedinji, SiC kristallarynyň fiziki we himiki aýratynlyklary
(1) Mehaniki aýratynlyklary: SiC kristallary gaty ýokary gatylyga we oňat aşaga garşylygy bar.Mohs gatylygy 9.2 bilen 9.3 aralygynda, Krit gatylygy 2900 bilen 3100Kg / mm2 aralygynda, bu tapylan materiallaryň arasynda göwher kristallaryndan soň ikinji ýerde durýar.SiC-iň ajaýyp mehaniki aýratynlyklary sebäpli, ýyllyk millionlarça tonna çenli isleg bilen, SiC tozy köplenç kesmek ýa-da üwemek pudagynda ulanylýar.Käbir iş böleklerinde könelişen örtük SiC örtügini hem ulanar, meselem, käbir harby gämilerdäki könelişme örtük SiC örtüginden durýar.
(2) malylylyk aýratynlyklary: SiC-iň ýylylyk geçirijiligi 3-5 W / sm · K ýetip biler, bu adaty ýarymgeçiriji Si-den 3 esse we GaA-lardan 8 esse köp.SiC tarapyndan taýýarlanan enjamyň ýylylyk önümçiligini çalt alyp bolýar, şonuň üçin SiC enjamynyň ýylylyk bölüniş şertleriniň talaplary birneme gowşak we ýokary güýçli enjamlary taýýarlamak üçin has amatlydyr.SiC durnukly termodinamiki aýratynlyklara eýedir.Adaty basyş şertlerinde SiC has ýokary derejede Si we C bolan buglara bölüner.
(3) Himiki aýratynlyklary: SiC durnukly himiki häsiýetlere, gowy poslama garşylygy we otag temperaturasynda belli kislota bilen reaksiýa bermeýär.Uzak wagtlap howada ýerleşdirilen SiC ýuwaş-ýuwaşdan dykyz SiO2 gatlagyny emele getirer we mundan beýläk okislenme reaksiýalarynyň öňüni alar.Temperatura 1700 than-dan ýokary galsa, SiO2 inçe gatlagy çalt ereýär we okislenýär.SiC eredilen oksidantlar ýa-da esaslar bilen haýal okislenme reaksiýasyny başdan geçirip biler we SiC wafli adatça SiC kristallarynda ýerleşişini häsiýetlendirmek üçin eredilen KOH we Na2O2 bilen poslanýar..
(4) Elektrik aýratynlyklary: SiC giň zolakly ýarymgeçirijileriň wekilçilikli materialy hökmünde 6H-SiC we 4H-SiC zolak giňligi degişlilikde 3.0 eV we 3,2 eV, bu Si-den 3 esse we GaA-dan 2 esse köp.SiC-den ýasalan ýarymgeçiriji enjamlaryň syzdyryjy tok we has uly bölek elektrik meýdany bar, şonuň üçin SiC ýokary güýçli enjamlar üçin ideal material hasaplanýar.SiC-iň doýgun elektron hereketi Si-den 2 esse ýokarydyr we ýokary ýygylykly enjamlary taýýarlamakda-da aç-açan artykmaçlyklara eýedir.P görnüşli SiC kristallary ýa-da N görnüşli SiC kristallary kristallardaky hapa atomlary doping arkaly alyp bolýar.Häzirki wagtda P görnüşli SiC kristallary esasan Al, B, Be, O, Ga, Sc we beýleki atomlar bilen, N görnüşli sik kristallary esasan N atomlary tarapyndan dopirlenýär.Doping konsentrasiýasynyň we görnüşiniň tapawudy SiC-iň fiziki we himiki aýratynlyklaryna uly täsir eder.Şol bir wagtyň özünde erkin göterijini V ýaly çuň derejeli doping bilen çüýläp bolýar, garşylygy ýokarlandyryp bolýar we ýarym izolýasiýa SiC kristalyny alyp bolýar.
(5) Optiki häsiýetler: Has giň zolakly boşluk sebäpli açylmadyk SiC kristaly reňksiz we aýdyňdyr.Dopirlenen SiC kristallary dürli aýratynlyklary sebäpli dürli reňkleri görkezýär, mysal üçin 6H-SiC N dopingden soň ýaşyl bolýar;4H-SiC goňur.15R-SiC sary.Al bilen ýazylan 4H-SiC gök görünýär.SiC kristal görnüşini reňk tapawudyny synlamak arkaly içgin usul.Soňky 20 ýylda SiC bilen baglanyşykly ugurlar boýunça üznüksiz gözlegler bilen baglanyşykly tehnologiýalarda uly üstünlikler gazanyldy.
Sekizinji,SiC ösüş ýagdaýynyň tanyşdyrylyşy
Häzirki wagtda SiC senagaty substrat wafli, epitaksial wafli, enjam öndürmek, gaplamak ýaly ähli önümçilik zynjyry ösdi we SiC bilen baglanyşykly önümleri bazara üpjün edip biler.
Kri, SiC substrat wafli ululygy we hili boýunça öňdebaryjy orny eýeleýän SiC kristal ösüş pudagynda öňdebaryjydyr.Kri häzirki wagtda ýylda 300,000 SiC substrat çip öndürýär, bu dünýädäki iberişleriň 80% -den gowragyny emele getirýär.
2019-njy ýylyň sentýabr aýynda Kri ABŞ-nyň Nýu-Yorkork ştatynda 200 mm diametrli güýji we RF SiC substrat wafli ösdürip ýetişdirmek üçin iň ösen tehnologiýany ulanjakdygyny we 200 mm SiC substrat material taýýarlaýyş tehnologiýasynyň bardygyny görkezýän täze desgany gurjakdygyny mälim etdi. has kämillik ýaşyna ýetiň.
Häzirki wagtda bazardaky SiC substrat çipleriniň esasy önümleri esasan 4H-SiC we 6H-SiC geçiriji we ýarym izolýasiýa görnüşi 2-6 dýuým.
2015-nji ýylyň oktýabr aýynda ilkinji gezek N görnüşli we LED üçin 200 mm SiC substrat wafli ilkinji bolup, 8 dýuýmlyk SiC substrat wafli bazara çykandygyny görkezdi.
2016-njy ýylda Romm Wenturi toparyna hemaýat edip başlady we adaty 200 kWt inwertorda IGBT + Si FRD çözgüdini çalyşmak üçin awtoulagda IGBT + SiC SBD kombinasiýasyny ilkinji bolup ulandy.Gowulaşandan soň, inwertoryň agramy 2 kg azalýar we şol bir güýji saklamak bilen ululygy 19% azalýar.
2017-nji ýylda, SiC MOS + SiC SBD mundan beýläk kabul edilenden soň, diňe bir agram 6 kg azalman, ululygy 43% azalýar we inwertor güýji hem 200 kWt-dan 220 kWt-a çenli ýokarlanýar.
Tesla 2018-nji ýylda Model 3 önümleriniň esasy hereketlendiriji inwertorlarynda SIK esasly enjamlary kabul edensoň, görkeziş effekti çaltlaşdyryldy we ýakyn wagtda xEV awtoulag bazary SiC bazary üçin tolgunma çeşmesine öwrüldi.SiC-iň üstünlikli ulanylmagy bilen baglanyşykly bazar önümçiliginiň bahasy hem çalt ýokarlandy.
Dokuzynjy,Netije:
SiC bilen baglanyşykly senagat tehnologiýalarynyň yzygiderli kämilleşdirilmegi bilen, hasyllylygy we ygtybarlylygy hasam ýokarlanar, SiC enjamlarynyň bahasy hem arzanladylar we SiC-iň bazardaky bäsdeşlik ukyby has aýdyň bolar.Geljekde SiC enjamlary awtoulag, aragatnaşyk, elektrik torlary we ulag ýaly dürli ugurlarda has giňden ulanylar we önüm bazary has giňelder we bazaryň göwrümi hasam giňelip, milli möhüm goldaw bolar. ykdysadyýet.
Iş wagty: -20anwar-25-2024