Bħala wieħed mill-materjali rappreżentattivi tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, il-karbur tas-silikon huwa adattat għall-produzzjoni ta' apparat elettroniku integrat ta' temperatura għolja, ta' frekwenza għolja, kontra r-radjazzjoni, ta' qawwa għolja u ta' densità għolja. Fil-preżent, il-materjal tas-substrat singoli tal-kristall tal-karbur tas-silikon użat fil-produzzjoni tal-apparati ġeneralment jitkabbar bil-metodu PVT (Physical Vapor Transport). L-istudji wrew li l-purità tat-trab SiC u parametri oħra bħad-daqs tal-partiċelli u t-tip ta' kristall għandhom ċertu impatt fuq il-kwalità tal-kristalli singoli SiC imkabbra bil-metodu PVT u anke l-kwalità tal-apparati sussegwenti. Dan l-artikolu jiffoka prinċipalment fuq il-proċess ta 'sinteżi ta' trab SiC ta 'purità għolja għal tkabbir ta' kristall wieħed bil-metodu PVT.
Metodu ta' sinteżi tat-trab SiC
Hemm ħafna modi biex jissintetizzaw trab SiC. B'mod ġenerali, jista 'jinqasam bejn wieħed u ieħor fi tliet metodi. L-ewwel metodu huwa l-metodu ta' fażi solida, li fosthom il-metodu rappreżentattiv ta' tnaqqis karbotermali, il-metodu ta' sintesi ta' temperatura għolja li jinfirex fuqu nnifsu u l-metodu ta' pulverizzazzjoni mekkanika; it-tieni metodu huwa l-metodu tal-fażi likwida, li l-metodu rappreżentattiv tiegħu huwa prinċipalment il-metodu sol-coagulation Glue u l-metodu ta' dekompożizzjoni termali polimeri; it-tielet metodu huwa l-metodu tal-fażi tal-gass, inkluż il-metodu ta' depożizzjoni kimika mill-fwar, il-metodu tal-plażma u l-metodu ta' induzzjoni bil-lejżer.
1. Vantaġġi u żvantaġġi ta 'metodi varji
It-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat bil-metodu tal-fażi solida huwa aktar ekonomiku, b'firxa wiesgħa ta 'materja prima u prezzijiet baxxi, u huwa faċli biex jiġi prodott industrijalment. Madankollu, it-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat b'dan il-metodu għandu kontenut għoli ta' impurità u kwalità baxxa; il-metodu ta' awtopropagazzjoni f'temperatura għolja juża t-temperatura għolja jagħti lir-reatturi s-sħana inizjali biex jibdew ir-reazzjoni kimika, u mbagħad juża s-sħana tar-reazzjoni kimika tagħhom stess biex is-sustanzi mhux irreaġixxew ikomplu jlestu r-reazzjoni kimika. Madankollu, peress li r-reazzjoni kimika ta' Si u C tarmi inqas sħana, addittivi oħra għandhom jiżdiedu biex tinżamm ir-reazzjoni ta' propagazzjoni awtonoma, li inevitabbilment tintroduċi elementi ta' impurità, u dan il-metodu faċilment jikkawża reazzjoni mhux uniformi.
Fil-preżent, it-teknoloġija għas-sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon bil-metodu tal-fażi likwida hija relattivament matura. It-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat bil-metodu tal-fażi likwida huwa trab fin pur ħafna u ta 'daqs nano, iżda l-proċess huwa aktar ikkumplikat u huwa faċli li jiġu prodotti sustanzi ta' ħsara għall-ġisem tal-bniedem.
It-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat bil-metodu tal-fażi tal-gass għandu purità għolja u daqs żgħir tal-partiċelli, li huwa metodu komuni għas-sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon ta 'purità għolja. Madankollu, dan il-metodu ta 'sinteżi għandu spiża għolja u rendiment baxx, u mhuwiex adattat għall-produzzjoni tal-massa.
2. Tagħmir ta 'sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon
It-tagħmir tas-sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon jintuża biex jipprepara t-trab tal-karbur tas-silikon meħtieġ għat-tkabbir tal-kristalli singoli tal-karbur tas-silikon. Trab tal-karbur tas-silikon ta' kwalità għolja għandu rwol importanti fit-tkabbir sussegwenti tal-karbur tas-silikon.
Is-sinteżi tat-trab tal-karbur tas-silikon tadotta r-reazzjoni diretta ta' trab tal-karbonju u trab tas-silikon ta' purità għolja, u hija prodotta b'metodu ta' sinteżi ta' temperatura għolja. Id-diffikultajiet tekniċi ewlenin tat-tagħmir tas-sintesi tat-trab tal-karbur tas-silikon huma t-temperatura għolja u l-issiġillar u l-kontroll f'vakwu għoli, it-tkessiħ tal-ilma tal-kamra tal-vakwu, is-sistemi tal-vakwu u tal-kejl, is-sistemi ta 'kontroll elettriku, it-tisħin tal-griġjol tas-sintesi tat-trab u t-teknoloġija tal-akkoppjar.
Bħalissa, manifatturi barranin ewlenin jinkludu Cree, Aymont, eċċ., u l-purità ta 'trab sintetiku tista' tilħaq 99.9995%. L-unitajiet domestiċi ewlenin jinkludu t-Tieni Ċina Istitut ta 'Riċerka Enerġija Elettrika, Shandong Tianyue, Tianke Heda u l-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi Istitut taċ-Ċeramika. Il-purità tista 'ġeneralment tilħaq 99.999%, u xi unitajiet jistgħu jilħqu 99.9995%.
Metodu ta 'sinteżi tat-trab SiC ta' purità għolja
1. Metodu CVD
Fil-preżent, il-metodi ta' sinteżi ta' trab SiC ta' purità għolja użati għat-tkabbir ta' kristalli singoli jinkludu prinċipalment: metodu CVD u metodu mtejjeb ta' sinteżi awtoproprjeta (imsejjaħ ukoll metodu ta' sinteżi ta' temperatura għolja jew metodu ta' kombustjoni).
Fosthom, is-sors Si għas-sintesi tas-SiC ġeneralment jinkludi s-silan u t-tetraklorur tas-silikon, filwaqt li s-sors C ġeneralment juża t-tetraklorur tal-karbonju, il-metan, l-etilen, l-aċetilena, u l-propan, filwaqt li dimethyldichlorosilane u tetramethylsilane U l-oħrajn jistgħu jipprovdu s-sors Si u s-sors C fl-istess ħin.
SashiroEzaki et al. uża l-metodu CVD, bl-użu tal-grafit tal-flake bħala s-sottostrat, il-kloroetan tal-metil/idroġenu bħala l-gass ta' reazzjoni u l-gass trasportatur, u ddepożita film SiC f'1250 ~ 1350°C, u mbagħad permezz tal-proċessi ta' ossidazzjoni, pickling u pulverizzazzjoni, il-partiċelli nkisbu. Trab SiC b'dijametru ta' 200 ~ 1200μm.
Għalkemm dan il-metodu jipproduċi trab SiC ta 'purità għolja, il-proċess sussegwenti huwa kkumplikat, il-materja prima hija għalja, u r-rendiment huwa baxx.
W.Z.Zhu et al. uża l-metodu CVD, bl-użu tas-silan u l-aċetilena bħala l-gass ta' reazzjoni, u l-idroġenu bħala l-gass trasportatur, biex jissintetizza t-trab SIC ultra-fin u ta' purità għolja f'temperatura ta' 1200-1400°C.
AparnaGupta et al. użat l-eżametilsitan bħala s-sors ta' reazzjoni, l-idroġenu u l-argon bħala l-gass trasportatur, u sintetizzat ukoll it-trab SiC ultra-fin u ta' purità għolja f'1050 sa 1250°C bl-użu tal-metodu CVD.
Il-membri taż-żewġ gruppi ta' riċerka ta' hawn fuq użaw il-metodu CVD biex jissintetizzaw it-trab SiC ta' purità għolja bl-użu ta' sorsi ta' gass organiku. Madankollu, it-trab sintetizzat huwa trab ultra-fin ta 'livell nano. Għalkemm għandha purità għolja, mhuwiex faċli li tinġabar u mhix adattata għall-produzzjoni ta 'volum għoli fuq skala kbira. Is-sintesi ta 'trab SiC pur ma jwassalx għall-iżvilupp ta' industrijalizzazzjoni aktar tard.
2. Sintesi awto-propagazzjoni
Il-metodu preċedenti ta' sinteżi awtopropagazzjoni huwa metodu ta' kif il-ġisem reattiv jitqassam ma' sors estern ta' tisħin, u mbagħad bl-użu tas-sħana ta' reazzjoni kimika tas-sustanza tiegħu stess biex il-proċess sussegwenti ta' reazzjoni kimika jkompli spontanjament, u b'hekk il-materjali sintetizzanti.
Ħafna minn dan il-metodu juża trab tas-silikon u iswed tal-karbonju bħala materja prima, u jżid attivaturi oħra biex jirreaġixxu direttament b'veloċità sinifikanti f'1000-1150°C biex jipproduċu trab SiC. L-introduzzjoni ta' attivaturi inevitabbilment taffettwa l-purità u l-kwalità tal-prodotti sintetizzati.
Għalhekk, ħafna riċerkaturi pproponew metodu ta' sinteżi ta' propagazzjoni awtonoma mtejba fuq din il-bażi. It-titjib huwa prinċipalment biex tiġi evitata l-introduzzjoni ta' attivaturi, u biex jiġi żgurat il-progress kontinwu u effettiv tar-reazzjoni ta' sinteżi billi tiżdied it-temperatura tas-sinteżi u jiġi kontinwament iforni t-tisħin.
Sa mill-1999, il-Kumpanija Bridgestone tal-Ġappun użat it-tetraethoxysilane bħala s-sors tas-silikon u r-reżina tal-fenol bħala s-sors tal-karbonju. Bl-użu tal-metodu ta' kombustjoni fil-medda ta' 1700-2000 °C, sintetizzat id-daqs tal-partiċella ta' 10-500μm, il-kwalità tal-kontenut ta' impurità tat-trab SiC bi frazzjoni inqas minn 0.5×10-6.
Madankollu, ir-reatturi ta' dan il-metodu jużaw sustanzi organiċi, għalhekk l-ispiża tal-materja prima hija relattivament għolja, li ma twassalx għall-produzzjoni tal-massa tat-trab SiC.
Riċerkaturi mill-Istitut tar-Riċerka tas-Silikon tal-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi użaw trab Si u trab C bi frazzjonijiet tal-massa tal-materja prima ta '99.9% jew aktar biex jissintetizzaw frazzjoni tal-massa ta' 99.999% tat-trab SiC adattat għat-tkabbir tal-kristall wieħed b'reazzjoni ta 'temperatura għolja f'atmosfera Ar.
Ning Lina tal-Università Shandong u oħrajn imħallta b'mod uniformi trab Si u trab C bi proporzjon molari ta '1:1. Bl-użu tal-metodu ta 'reazzjoni sekondarja, trab SiC kien sintetizzat f'temperatura għolja.
LiWANG u oħrajn jużaw karbonju attivat (daqs tal-partiċelli 20-100μm) u grafit tal-flake (daqs tal-partiċelli 5-25μm) bħala sors tal-karbonju (frazzjoni tal-massa 99.9%), u silikon ta' purità għolja bħala sors tas-silikon (daqs tal-partiċelli 10-270μm, frazzjoni 99.999%)
Trab SiC ta 'purità għolja ġie ppreparat f'forn ta' sinterizzazzjoni ta 'temperatura għolja f'vakwu taħt atmosfera argon f'temperatura ta' 1900°C.
LihuanWANG et al. użat trab tas-silikon (frazzjoni tal-massa 99.999%, partiċelli 5-10μm) u trab tal-karbonju (frazzjoni tal-massa 99.999%, partiċelli 5-20μm) biex jissintetizzaw trab SiC ta 'purità għolja b'metodu ta' sintesi ta 'kombustjoni ta' tisħin ta 'frekwenza intermedja.
Li Bin tat-Tieni Istitut ta 'Riċerka taċ-Ċina Electronics Technology Group Corporation użat metodu awto-propagazzjoni biex jissintetizzaw trab karbur tas-silikon għat-tkabbir kristall wieħed. F'esperimenti, jinstab li l-purità tat-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat taħt kondizzjonijiet għolja ta' vakwu huwa aħjar minn dak tat-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat taħt kondizzjonijiet ta' gass trasportatur miftuħ. B'mod partikolari, kundizzjonijiet għoljin ta' vakwu jgħinu biex titnaqqas il-konċentrazzjoni ta' N fit-trab tal-karbur tas-silikon.
Barra minn hekk, il-kristalli singoli tal-karbur tas-silikon tkabbru bl-użu tat-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat f'kundizzjonijiet għoljin ta' vakwu. Ir-riżultati wrew li l-kristalli singoli tal-karbur tas-silikon imkabbra kellhom purità għolja u proprjetajiet eċċellenti semi-iżolanti, li ssodisfaw ir-rekwiżiti ta' apparat relatat għal sottostrati semi-iżolanti. Rekwiżiti elettriċi. Wieħed jista' jara li t-trab tal-karbur tas-silikon sintetizzat taħt kundizzjonijiet għoljin ta' vakwu huwa ta' benefiċċju għat-tkabbir ta' kristalli singoli semi-insulazzjoni tas-silikon semi-insulazzjoni ta' purità għolja.
Prospett ta 'Proċess ta' Sinteżi ta 'Trab SiC ta' Purità Għolja
Il-metodu mtejjeb awto-propagazzjoni għas-sintesi SiC għandu materja prima relattivament baxxa u proċeduri relattivament sempliċi. Bħalissa huwa metodu komuni użat fil-laboratorji biex jikbru kristalli singoli biex jissintetizzaw trab SiC. Matul il-proċess ta' sinteżi, instab li parametri differenti tal-proċess ta' sinteżi għandhom ċerta influwenza fuq il-prodott sintetizzat. .
Fil-futur, ir-riċerka jeħtieġ li tissaħħaħ fl-oqsma li ġejjin:
1. Riċerka fil-fond dwar il-mekkaniżmu ta 'proċess ta' sintesi tat-trab SiC ta 'purità għolja, speċjalment it-tisħiħ tar-riċerka teoretika bażika dwar il-kontroll effettiv tad-daqs tal-partiċelli tat-trab, il-forma, id-distribuzzjoni tad-daqs tal-partiċelli, u l-purità.
2. Tkompli ssaħħaħ ir-riċerka dwar it-titjib tal-proċess speċifiku ta 'sintesi awto-propagazzjoni ta' trab SiC, sabiex tipprepara trab SiC ta 'purità għolja adattat għat-tkabbir SiC kristall wieħed bi kwalità tajba u purità għolja fuq il-bażi ta' prezz baxx u proċess sempliċi Għalhekk, tista 'ttejjeb b'mod effettiv il-kwalità tat-tkabbir tas-sottostrati tal-kristall uniku SiC u tippromwovi l-iżvilupp tal-industrija tal-apparat ibbażat fuq is-SiC ta' pajjiżi.
