Fjirde, de metoade foar fysike dampferfier
DeFysike dampferfier (PVT)metoade is ûntstien út de dampfase sublimaasje technology útfûn troch Lely yn 1955. De SiC poeder wurdt pleatst yn in grafyt buis en ferwaarme ta hege temperatuer te decompose en sublimate de SiC poeder, en dan de grafyt buis wurdt kuolle. Nei de ûntbining fan it SiC-poeder wurde de dampfaze-komponinten dellein en kristallisearre yn SiC-kristallen om 'e grafytbuis. Hoewol dizze metoade makket it dreech om grutte SiC-ienkristallen te krijen, en it ôfsettingsproses yn 'e grafytbuis is dreech te kontrolearjen, it jout ideeën foar folgjende ûndersikers.
Ym Terairov et al. yn Ruslân yntrodusearre it konsept fan sied kristallen op dizze basis en oplost it probleem fan uncontrollable crystal foarm en nucleation posysje fan SiC kristallen. Folgjende ûndersikers bleauwen ferbetterje en ûntwikkele úteinlik de metoade foar fysike gasfasetransport (PVT) yn yndustriële gebrûk hjoed.
As de ierste metoade foar SiC-kristalgroei, is de metoade foar fysike dampferfier de meast mainstream-groeimetoade foar SiC-kristalgroei. Yn ferliking mei oare metoaden hat de metoade lege easken foar groeiapparatuer, in ienfâldich groeiproses, sterke kontrolearberens, yngeande ûntwikkeling, en ûndersyk, en hat yndustriële tapassing realisearre. De struktuer fan it kristal groeid troch de hjoeddeistige mainstream PVT-metoade wurdt werjûn yn 'e figuer.
De axiale en radiale temperatuerfjilden kinne wurde regele troch it kontrolearjen fan de eksterne termyske isolaasjebetingsten fan 'e grafytkroes. It SiC-poeder wurdt oan 'e boaiem fan' e grafytkroes pleatst mei in hegere temperatuer, en it SiC-siedkristal wurdt oan 'e boppekant fan' e grafytkroes op in legere temperatuer fêstmakke. De ôfstân tusken it poeder en it sied wurdt oer it generaal regele om tsientallen millimeters te wêzen om kontakt te foarkommen tusken it groeiende ienkristal en it poeder. De temperatuergradient is normaal yn it berik fan 15-35 ℃ / cm. In inert gas fan 50-5000 Pa wurdt bewarre yn 'e oven om konveksje te fergrutsjen. Op dizze manier, neidat it SiC-poeder wurdt ferwaarme ta 2000-2500 ℃ troch induksje-ferwaarming, sil it SiC-poeder sublimearje en ûntbine yn Si, Si2C, SiC2 en oare dampkomponinten, en wurde ferfierd nei it siedend mei gaskonveksje, en de SiC-kristal wurdt kristallisearre op it siedkristal om ienkristalgroei te berikken. De typyske groei taryf is 0.1-2mm / h.
PVT proses rjochtet him op de kontrôle fan groei temperatuer, temperatuer gradient, groei oerflak, materiaal oerflak spacing, en groei druk, syn foardiel is dat syn proses is relatyf folwoeksen, grûnstoffen binne maklik te produsearjen, de kosten is leech, mar it groei proses fan PVT metoade is dreech om te observearjen, crystal groei rate fan 0.2-0.4mm / h, it is dreech om te groeien kristallen mei grutte dikte (> 50mm). Nei tsientallen jierren fan trochgeande ynspanningen is de hjoeddeistige merk foar SiC-substraatwafels groeid troch de PVT-metoade heul enoarm west, en de jierlikse útfier fan SiC-substraatwafels kin hûnderttûzenen wafels berikke, en de grutte feroaret stadichoan fan 4 inch nei 6 inch, en hat ûntwikkele 8 inches fan SiC substraat monsters.
Fyfde, Hege temperatuer gemyske dampdeposition metoade
Hege temperatuer Chemical Vapor Deposition (HTCVD) is in ferbettere metoade basearre op Chemical Vapor Deposition (CVD). De metoade waard foar it earst foarsteld yn 1995 troch Korina et al., Linkoping University, Sweden.
It diagram fan groeistruktuer wurdt werjûn yn 'e figuer:
De axiale en radiale temperatuerfjilden kinne wurde regele troch it kontrolearjen fan de eksterne termyske isolaasjebetingsten fan 'e grafytkroes. It SiC-poeder wurdt oan 'e boaiem fan' e grafytkroes pleatst mei in hegere temperatuer, en it SiC-siedkristal wurdt oan 'e boppekant fan' e grafytkroes op in legere temperatuer fêstmakke. De ôfstân tusken it poeder en it sied wurdt oer it generaal regele om tsientallen millimeters te wêzen om kontakt te foarkommen tusken it groeiende ienkristal en it poeder. De temperatuergradient is normaal yn it berik fan 15-35 ℃ / cm. In inert gas fan 50-5000 Pa wurdt bewarre yn 'e oven om konveksje te fergrutsjen. Op dizze manier, neidat it SiC-poeder wurdt ferwaarme ta 2000-2500 ℃ troch induksje-ferwaarming, sil it SiC-poeder sublimearje en ûntbine yn Si, Si2C, SiC2 en oare dampkomponinten, en wurde ferfierd nei it siedend mei gaskonveksje, en de SiC-kristal wurdt kristallisearre op it siedkristal om ienkristalgroei te berikken. De typyske groei taryf is 0.1-2mm / h.
PVT proses rjochtet him op de kontrôle fan groei temperatuer, temperatuer gradient, groei oerflak, materiaal oerflak spacing, en groei druk, syn foardiel is dat syn proses is relatyf folwoeksen, grûnstoffen binne maklik te produsearjen, de kosten is leech, mar it groei proses fan PVT metoade is dreech om te observearjen, crystal groei rate fan 0.2-0.4mm / h, it is dreech om te groeien kristallen mei grutte dikte (> 50mm). Nei tsientallen jierren fan trochgeande ynspanningen is de hjoeddeistige merk foar SiC-substraatwafels groeid troch de PVT-metoade heul enoarm west, en de jierlikse útfier fan SiC-substraatwafels kin hûnderttûzenen wafels berikke, en de grutte feroaret stadichoan fan 4 inch nei 6 inch, en hat ûntwikkele 8 inches fan SiC substraat monsters.
As it SiC-kristal wurdt groeid troch de metoade fan floeibere faze, wurde de temperatuer- en konveksjeferdieling binnen de helpoplossing werjûn yn 'e figuer:
It kin sjoen wurde dat de temperatuer tichtby de kroesmuorre yn 'e helpoplossing heger is, wylst de temperatuer by it siedkristal leger is. Tidens it groeiproses biedt de grafytkroes in C-boarne foar kristalgroei. Omdat de temperatuer by de kroes muorre is heech, de oplosberens fan C is grut, en de ûntbining taryf is fluch, in grutte hoemannichte C sil wurde oplost by de kroes muorre te foarmjen in verzadigd oplossing fan C. Dizze oplossings mei in grut bedrach fan C oplost wurdt ferfierd nei it legere diel fan 'e sied kristallen troch konveksje binnen de auxiliary oplossing. Troch de lege temperatuer fan it sied crystal ein, nimt de oplosberens fan de oerienkommende C oerienkommende ôf, en de oarspronklike C-saturearre oplossing wurdt in oerfersêde oplossing fan C nei't oerbrocht nei de lege-temperatuer ein ûnder dizze betingst. Supersaturated C yn oplossing kombinearre mei Si yn 'e auxiliary oplossing kin groeie SiC crystal epitaxial op it sied crystal. As it perforearre diel fan C útkomt, komt de oplossing werom nei it hege temperatuer ein fan 'e kroesmuorre mei konveksje en lost C wer op om in verzadigde oplossing te foarmjen.
It hiele proses werhellet, en it SiC-kristal groeit. Yn it proses fan groei fan floeibere faze is de ûntbining en delslach fan C yn oplossing in heul wichtige yndeks fan groei foarútgong. Om stabile kristalgroei te garandearjen, is it needsaaklik om in lykwicht te hâlden tusken de ûntbining fan C by de kroesmuorre en de delslach oan it siedend. As de ûntbining fan C grutter is as de delslach fan C, dan wurdt de C yn it kristal stadichoan ferrike, en sil spontane nukleaasje fan SiC foarkomme. As de ûntbining fan C minder is as de delslach fan C, sil de kristalgroei lestich wêze om út te fieren troch it ûntbrekken fan oploste.
Tagelyk hat it ferfier fan C troch konveksje ek ynfloed op it oanbod fan C by groei. Om SiC-kristallen te groeien mei goed genôch kristalkwaliteit en genôch dikte, is it needsaaklik om it lykwicht fan 'e boppesteande trije eleminten te garandearjen, wat de swierrichheid fan SiC-floeistoffaze groei sterk fergruttet. Mei de stadige ferbettering en ferbettering fan relatearre teoryen en technologyen sille de foardielen fan groei fan floeibere faze fan SiC-kristallen lykwols stadichoan sjen litte.
Op it stuit kin de groei fan floeibere faze fan 2-inch SiC-kristallen wurde berikt yn Japan, en de groei fan floeibere faze fan 4-inch-kristallen wurdt ek ûntwikkele. Op it stuit hat it relevante ynlânske ûndersyk gjin goede resultaten sjoen, en it is needsaaklik om it oanbelangjende ûndersykswurk op te folgjen.
Sânde, Fysike en gemyske eigenskippen fan SiC-kristallen
(1) Mechanyske eigenskippen: SiC kristallen hawwe ekstreem hege hurdens en goede wear ferset. De Mohs-hurdheid is tusken 9,2 en 9,3, en syn Krit-hurdheid is tusken 2900 en 3100Kg/mm2, wat allinich twadde is nei diamantkristallen ûnder materialen dy't binne ûntdutsen. Troch de treflike meganyske eigenskippen fan SiC, wurdt poeder SiC faak brûkt yn 'e snij- of slypyndustry, mei in jierlikse fraach fan maksimaal miljoenen tonnen. De wear-resistant coating op guon workpieces sil ek brûke SiC coating, Bygelyks, de wear-resistant coating op guon oarlochsskippen is gearstald út SiC coating.
(2) Thermyske eigenskippen: De termyske conductivity fan SiC kin berikke 3-5 W / cm · K, dat is 3 kear dat fan tradisjonele semiconductor Si en 8 kear dat fan GaAs. De waarmteproduksje fan it apparaat dat troch SiC taret is kin fluch fuortfierd wurde, sadat de easken fan 'e waarmte-dissipaasjebetingsten fan it SiC-apparaat relatyf los binne, en it is mear geskikt foar de tarieding fan apparaten mei hege krêft. SiC hat stabile thermodynamyske eigenskippen. Under normale drukbetingsten sil SiC direkt wurde ûntbûn yn in damp mei Si en C op hegere.
(3) Gemyske eigenskippen: SiC hat stabile gemyske eigenskippen, goede korrosjebestriding, en reagearret net mei in bekende soer by keamertemperatuer. SiC pleatst yn 'e loft foar in lange tiid sil stadich foarmje in tinne laach fan tichte SiO2, foarkomt fierdere oksidaasjereaksjes. As de temperatuer opkomt nei mear as 1700 ℃, smelt de SiO2 tinne laach en oksidearret fluch. SiC kin in trage oksidaasjereaksje ûndergean mei smelte oksidanten as basen, en SiC-wafels wurde normaal korrodearre yn smelte KOH en Na2O2 om de dislokaasje yn SiC-kristallen te karakterisearjen.
(4) Elektryske eigenskippen: SiC as in represintatyf materiaal fan heale leiers mei brede bandgap, 6H-SiC, en 4H-SiC bandgap breedtes binne respektivelik 3.0 eV en 3.2 eV, dat is 3 kear dat fan Si en 2 kear dat fan GaAs. Semiconductor-apparaten makke fan SiC hawwe lytsere lekstromen en gruttere ôfbraak elektryske fjilden, sadat SiC wurdt beskôge as in ideaal materiaal foar apparaten mei hege krêft. De verzadigde elektroanenmobiliteit fan SiC is ek 2 kear heger as dy fan Si, en it hat ek foar de hân lizzende foardielen yn 'e tarieding fan apparaten mei hege frekwinsje. P-type SiC-kristallen of N-type SiC-kristallen kinne wurde krigen troch doping fan de ûnreinheidsatomen yn 'e kristallen. Op it stuit wurde P-type SiC-kristallen benammen gedoopt troch Al, B, Be, O, Ga, Sc, en oare atomen, en N-type sic-kristallen wurde benammen doped troch N-atomen. It ferskil yn dopingkonsintraasje en type sil in grutte ynfloed hawwe op 'e fysike en gemyske eigenskippen fan SiC. Tagelyk kin de frije drager spikere wurde troch doping op djip nivo lykas V, de resistiviteit kin wurde ferhege, en it semi-isolearjende SiC-kristal kin wurde krigen.
(5) Optyske eigenskippen: Troch de relatyf brede bandgap is it undoped SiC-kristal kleurleas en transparant. De doped SiC kristallen litte ferskillende kleuren troch harren ferskillende eigenskippen, Bygelyks, 6H-SiC is grien nei doping N; 4H-SiC is brún. 15R-SiC is giel. Doted mei Al, 4H-SiC ferskynt blau. It is in yntuïtive metoade om SiC-kristaltype te ûnderskieden troch it ferskil yn kleur te observearjen. Mei it trochgeande ûndersyk nei SiC-relatearre fjilden yn 'e ôfrûne 20 jier binne grutte trochbraken makke yn relatearre technologyen.
Achtste, Yntroduksje fan SiC ûntwikkeling status
Op it stuit is de SiC-yndustry hieltyd perfekter wurden, fan substraatwafels,enepitaxialwafelsfoar apparaatproduksje en ferpakking is de heule yndustriële keten matured, en it kin SiC-relatearre produkten oan 'e merke leverje.
Cree is in lieder yn de SiC kristal groei yndustry mei in liedende posysje yn sawol de grutte en kwaliteit fan SiC substraat wafers. Cree produseart op it stuit 300,000 SiC-substraatchips per jier, goed foar mear as 80% fan wrâldwide ferstjoeringen.
Yn septimber 2019 kundige Cree oan dat it in nije foarsjenning soe bouwe yn 'e steat New York, FS, dy't de meast avansearre technology sil brûke om krêft en RF SiC substraatwafers te groeien, wat oanjout dat syn 200 mm SiC substraatmateriaal tariedingstechnology hat folwoeksener wurde.
Op it stuit binne de mainstreamprodukten fan SiC-substraatchips op 'e merke foaral 4H-SiC en 6H-SiC conductive en semi-isolearre soarten fan 2-6 inch.
Yn oktober 2015 wie Cree de earste dy't 200 mm SiC-substraatwafers foar N-type en LED lansearre, it begjin fan 'e 8-inch SiC-substraatwafers op' e merke.
Yn 2016 begon Romm it Venturi-team te sponsorjen en wie de earste dy't de IGBT + SiC SBD-kombinaasje yn 'e auto brûkte om de IGBT + Si FRD-oplossing te ferfangen yn' e tradisjonele 200 kW-ynverter. Nei de ferbettering wurdt it gewicht fan 'e ynverter mei 2 kg fermindere en de grutte wurdt mei 19% fermindere, wylst deselde krêft behâldt.
Yn 2017, nei de fierdere fêststelling fan SiC MOS + SiC SBD, wurdt net allinich it gewicht troch 6 kg fermindere, mar de grutte waard fermindere troch 43%, en de ynverterkrêft wurdt ek ferhege fan 200 kW nei 220 kW.
Neidat Tesla yn 2018 SIC-basearre apparaten oannaam yn 'e haaddrive-ynverters fan har Model 3-produkten, waard it demonstraasje-effekt rap fersterke, wat de xEV-automerk al gau in boarne fan opwining foar de SiC-merk makke. Mei de suksesfolle tapassing fan SiC is de relatearre merkútfierwearde ek rap tanommen.
Njoggen, konklúzje:
Mei de trochgeande ferbettering fan SiC-relatearre yndustrytechnologyen sille har opbringst en betrouberens fierder wurde ferbettere, de priis fan SiC-apparaten sil ek wurde ferlege, en it konkurrinsjefermogen fan SiC sil dúdliker wêze. Yn 'e takomst sille SiC-apparaten mear wiidferspraat wurde brûkt yn ferskate fjilden lykas auto's, kommunikaasje, stroomnetten en ferfier, en de produktmerk sil breder wêze, en de merkgrutte sil fierder útwreide wurde, en wurde in wichtige stipe foar de nasjonale ekonomy.
Post tiid: Jan-25-2024