Seramîkên Karbîda Sîlîkonê li hember Nîvconductor Karbîda Sîlîkonê: Heman Materyal bi Du Çarenûsên Cûda

1. Pêdiviyên Paqijiya Cûda ji bo Materyalên Xav

 

SiC-ya pola seramîk ji bo madeyên xwe yên toz daxwazên paqijiyê yên nisbeten nerm hene. Bi gelemperî, hilberên pola bazirganî bi paqijiya 90%-98% dikarin piraniya hewcedariyên serîlêdanê bicîh bînin, her çend seramîkên avahîsaziyê yên performansa bilind dibe ku paqijiya 98%-99.5% hewce bikin (mînak, SiC-ya bi reaksiyonê ve girêdayî naveroka silîkona azad a kontrolkirî hewce dike). Ew hin qirêjiyan tehemûl dike û carinan bi zanebûn alîkarên sinterkirinê yên wekî oksîda aluminiumê (Al₂O₃) an oksîda îttriumê (Y₂O₃) vedihewîne da ku performansa sinterkirinê baştir bike, germahiyên sinterkirinê kêm bike, û dendika hilbera dawîn zêde bike.

 

SiC ya pola nîvconductor asta paqijiya hema bêje bêkêmahî dixwaze. SiC ya krîstala yekane ya pola substratê paqijiya ≥99.9999% (6N) hewce dike, û hin sepanên asta bilind paqijiya 7N (99.99999%) hewce dikin. Qatên epîtaksîyal divê rêjeyên nepakiyê di bin 10¹⁶ atom/cm³ de biparêzin (bi taybetî ji nepakiyên asta kûr ên wekî B, Al, û V dûr bisekinin). Heta nepakiyên şopî yên wekî hesin (Fe), aluminium (Al), an boron (B) jî dikarin bi sedema belavbûna hilgir, kêmkirina hêza qada şikestinê, û di dawiyê de bandorê li ser performans û pêbaweriya cîhazê bikin, ku kontrola nepakiyê ya hişk hewce dike.

 

Materyalê nîvconductor ê silicon carbide

 

2. Strukturên Krîstal ên Cûda û Kalîte

 

SiC ya pola seramîk bi giranî wekî toza polîkrîstalîn an jî laşên sinterkirî yên ku ji gelek mîkrokrîstalên SiC yên bi awayekî rasthatî hatine rêzkirin pêk tên, heye. Materyal dikare gelek polîtîpan (mînak, α-SiC, β-SiC) bêyî kontrolek hişk li ser polîtîpên taybetî, bi tekezî li ser tîrbûna materyalê ya giştî û yekrengiyê, dihewîne. Avahiya wê ya hundurîn sînorên genim ên pir û kunên mîkroskopîk vedihewîne, û dibe ku alîkarên sinterkirinê (mînak, Al₂O₃, Y₂O₃) dihewîne.

 

SiC ya pola nîvconductor divê substratên krîstalên yekane an tebeqeyên epitaksiyal bi avahiyên krîstal ên pir rêzkirî be. Ew hewceyê polîtîpên taybetî dike ku bi teknîkên mezinbûna krîstalê yên rastîn têne bidestxistin (mînak, 4H-SiC, 6H-SiC). Taybetmendiyên elektrîkê yên wekî tevgera elektronan û bandgap ji bo hilbijartina polîtîpê pir hesas in, ku kontrola hişk hewce dike. Niha, 4H-SiC li sûkê serdest e ji ber taybetmendiyên xwe yên elektrîkê yên bilind, di nav de tevgera hilgirê bilind û hêza qada hilweşînê, ku ew ji bo cîhazên hêzê îdeal dike.

 

3. Berawirdkirina Tevliheviya Pêvajoyê

 

SiC ya pola seramîk pêvajoyên çêkirinê yên nisbeten hêsan bikar tîne (amadekirina tozê → çêkirin → sinterkirin), dişibihe "çêkirina kerpîçan". Pêvajo ev tiştan digire nav xwe:

 

• Tevlîhevkirina toza SiC ya pola bazirganî (bi gelemperî bi mezinahiya mîkron) bi madeyên girêdanê re
• Damezrandin bi rêya tûjkirinê
• Sinterkirina germahiya bilind (1600-2200°C) ji bo bidestxistina densifikasyonê bi rêya belavbûna perçeyan
  Piraniya sepanan dikarin bi densiteya ji %90 zêdetir werin razîkirin. Tevahiya pêvajoyê kontrola rastîn a mezinbûna krîstalan hewce nake, li şûna wê balê dikişîne ser avakirin û domdariya sinterkirinê. Avantajên wê nermbûna pêvajoyê ji bo şeklên tevlihev e, her çend bi hewcedariyên paqijiyê yên nisbeten kêmtir bin jî.

 

SiC ya pola nîvconductor pêvajoyên pir tevlihevtir dihewîne (amadekirina toza paqijiya bilind → mezinbûna substrata krîstala yekane → danîna waferê epitaksiyal → çêkirina cîhazê). Gavên sereke ev in:

 

• Amadekirina substratê bi piranî bi rêya rêbaza veguhastina buxara fîzîkî (PVT)
• Sublimasyona toza SiC di şert û mercên ekstrem de (2200-2400°C, valahiyek bilind)
• Kontrolkirina rast a guherînên germahiyê (±1°C) û parametreyên zextê
• Mezinbûna qata epitaksiyal bi rêya danîna buhara kîmyewî (CVD) ji bo çêkirina qatên dopkirî yên yekreng û stûr (bi gelemperî ji çend heta deh mîkronan)
  Tevahiya pêvajoyê ji bo pêşîgirtina li qirêjbûnê hawîrdorên pir paqij (mînak, odeyên paqij ên Pola 10) hewce dike. Taybetmendî rastbûna pêvajoyê ya pir zêde, ku kontrolkirina zeviyên germî û rêjeyên herikîna gazê hewce dike, bi daxwazên hişk ji bo hem paqijiya madeya xav (>99.9999%) û hem jî sofîstîkebûna alavan vedihewîne.

 

4. Cûdahiyên Mesrefên Girîng û Beralîbûnên Bazarê

 

Taybetmendiyên SiC-ya pola seramîk:

• Materyalê xav: Toza pola bazirganî
• Pêvajoyên nisbeten hêsan
• Mesrefa kêm: Ji hezaran heta deh hezaran RMB ji bo her tonê
• Serlêdanên berfireh: Materyalên aşındêr, refrakter, û pîşesaziyên din ên hesas ên lêçûnê

 

Taybetmendiyên SiC yên asta nîvconductor:

• Çerxên mezinbûna dirêj ên substratê
• Kontrolkirina kêmasiyên dijwar
• Rêjeyên berhemdariya kêm
• Mesrefa bilind: Bi hezaran dolar ji bo her substrata 6 înç
• Bazarên baldar: Elektronîkên performansa bilind ên wekî cîhazên hêzê û pêkhateyên RF
  Bi pêşveçûna bilez a wesayîtên nû yên enerjiyê û ragihandina 5G re, daxwaza bazarê bi awayekî berbiçav zêde dibe.

 

5. Senaryoyên Serlêdanê yên Cûdakirî

 

SiC ya pola seramîk wekî "hespê xebatê yê pîşesaziyê" bi giranî ji bo sepanên avahîsaziyê kar dike. Bi karanîna taybetmendiyên xwe yên mekanîkî yên hêja (hişkbûna bilind, berxwedana lixwekirinê) û taybetmendiyên germî (berxwedana germahiya bilind, berxwedana oksîdasyonê), ew di van de serketî ye:

 

• Materyalên aşınker (çerxên hêrandinê, kaxizê şûmê)
• Refraktor (rûpoşên firna germahiya bilind)
• Parçeyên li hember lixweber/korozyonê berxwedêr (laşên pompê, rûpûşên boriyan)

 

Pêkhateyên avahiyên seramîk ên silicon carbide

 

SiC ya pola nîvconductor wekî "elîta elektronîkî" tevdigere, û taybetmendiyên xwe yên nîvconductor ên fireh ên valahiya bendê bikar tîne da ku avantajên bêhempa di cîhazên elektronîkî de nîşan bide:

 

• Amûrên hêzê: Veguherkerên EV, veguherînerên torê (karîgeriya veguherîna hêzê baştir dikin)
• Amûrên RF: îstasyona bingehîn a 5G, pergalên radarê (frekansên xebitandinê yên bilindtir çalak dikin)
• Optoelektronîk: Materyalê substratê ji bo LED-ên şîn

 

Wafla epitaksiyal a SiC ya 200 mîlîmetreyî

 

Ebat	SiC ya pola seramîk	SiC ya asta nîvconductor
Pêkhateya Krîstal	Polîkrîstalîn, piralîteyên polîtîp	Krîstala yekane, polîtypên bi hişkî hatine hilbijartin
Fokusa Pêvajoyê	Kontrolkirina qalindbûn û şeklê	Kontrolkirina kalîteya krîstal û milkê elektrîkê
Pêşanîya Performansê	Hêza mekanîkî, berxwedana korozyonê, aramiya germî	Taybetmendiyên elektrîkê (bandgab, qada hilweşînê, hwd.)
Senaryoyên Serlêdanê	Pêkhateyên avahîsaziyê, parçeyên li hember aşînê berxwedêr, parçeyên germahiya bilind	Amûrên hêza bilind, amûrên frekansa bilind, amûrên optoelektronîk
Ajokarên Mesrefê	Nermbûna pêvajoyê, lêçûna madeya xav	Rêjeya mezinbûna krîstal, rastbûna alavan, paqijiya madeya xav

 

Bi kurtasî, cudahiya bingehîn ji armancên wan ên fonksiyonel ên cuda tê: SiC-ya pola seramîk "form (avahî)" bikar tîne dema ku SiC-ya pola nîvconductor "taybetmendî (elektrîkî)" bikar tîne. Ya berê performansa mekanîkî/germahî ya lêçûn-bandor dişopîne, dema ku ya paşîn lûtkeya teknolojiya amadekirina materyalê wekî materyalek fonksiyonel a yek-krîstal a paqijiya bilind temsîl dike. Her çend heman eslê kîmyewî parve bikin jî, SiC-ya pola seramîk û pola nîvconductor di paqijî, avahiya krîstal û pêvajoyên çêkirinê de cûdahiyên zelal nîşan didin - lê her du jî di warên xwe yên têkildar de beşdarîyên girîng di hilberîna pîşesazî û pêşkeftina teknolojîk de dikin.