Zgodovina silicijevega karbida in uporaba prevleke iz silicijevega karbida

Razvoj in uporaba silicijevega karbida (SiC)

1. Stoletje inovacij v SiC
Potovanje silicijevega karbida (SiC) se je začelo leta 1893, ko je Edward Goodrich Acheson zasnoval Achesonovo peč z uporabo ogljikovih materialov za industrijsko proizvodnjo SiC z električnim segrevanjem kremena in ogljika. Ta izum je zaznamoval začetek industrializacije SiC in Achesonu prinesel patent.

V zgodnjem 20. stoletju se je SiC uporabljal predvsem kot abraziv zaradi njegove izjemne trdote in odpornosti proti obrabi. Do sredine 20. stoletja je napredek v tehnologiji kemičnega naparjevanja (CVD) odprl nove možnosti. Raziskovalci v Bell Labs, ki jih vodi Rustum Roy, so postavili temelje za CVD SiC in dosegli prve SiC prevleke na grafitnih površinah.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je prišlo do velikega preboja, ko je Union Carbide Corporation uporabil grafit, prevlečen s SiC, pri epitaksialni rasti polprevodniških materialov galijevega nitrida (GaN). Ta napredek je imel ključno vlogo pri visokozmogljivih LED in laserjih na osnovi GaN. Skozi desetletja so se prevleke SiC razširile izven polprevodnikov na aplikacije v vesoljski, avtomobilski in močnostni elektroniki, zahvaljujoč izboljšavam v proizvodnih tehnikah.

Danes inovacije, kot so termično brizganje, PVD in nanotehnologija, še dodatno izboljšujejo učinkovitost in uporabo SiC prevlek ter prikazujejo njihov potencial na najsodobnejših področjih.

2. Razumevanje kristalnih struktur in uporabe SiC-ja
SiC se ponaša z več kot 200 politipi, razvrščenimi glede na njihovo atomsko ureditev v kubične (3C), heksagonalne (H) in romboedrične (R) strukture. Med njimi se 4H-SiC in 6H-SiC pogosto uporabljata v visokozmogljivih in optoelektronskih napravah, medtem ko je β-SiC cenjen zaradi svoje vrhunske toplotne prevodnosti, odpornosti proti obrabi in odpornosti proti koroziji.

β-SiCedinstvene lastnosti, kot je toplotna prevodnost120-200 W/m·Kin koeficient toplotne razteznosti, ki se zelo ujema z grafitom, je prednostni material za površinske premaze v opremi za epitaksijo rezin.

3. SiC prevleke: lastnosti in tehnike priprave
SiC prevleke, običajno β-SiC, se pogosto uporabljajo za izboljšanje površinskih lastnosti, kot so trdota, odpornost proti obrabi in toplotna stabilnost. Pogosti načini priprave vključujejo:

• Kemično naparjanje (CVD):Zagotavlja visokokakovostne premaze z odlično oprijemljivostjo in enakomernostjo, idealne za velike in kompleksne podlage.
• Fizično naparjanje (PVD):Ponuja natančen nadzor nad sestavo premaza, primeren za visoko natančne aplikacije.
• Tehnike pršenja, elektrokemično nanašanje in nanos gnojevke: Služijo kot stroškovno učinkovita alternativa za posebne aplikacije, čeprav z različnimi omejitvami glede oprijema in enotnosti.

Vsaka metoda je izbrana glede na značilnosti substrata in zahteve glede uporabe.

4. S SiC prevlečenimi grafitnimi prijemniki v MOCVD
Grafitni sprejemniki, prevlečeni s SiC, so nepogrešljivi pri kemičnem naparjevanju kovin (MOCVD), ki je ključni proces v proizvodnji polprevodnikov in optoelektronskih materialov.

Ti suceptorji zagotavljajo robustno podporo za rast epitaksialnega filma, zagotavljajo toplotno stabilnost in zmanjšujejo onesnaženje z nečistočami. Prevleka SiC prav tako izboljša odpornost proti oksidaciji, lastnosti površine in kakovost vmesnika, kar omogoča natančen nadzor med rastjo filma.

5. Napredovanje v prihodnost
V zadnjih letih so bila velika prizadevanja usmerjena v izboljšanje proizvodnih procesov grafitnih substratov, prevlečenih s SiC. Raziskovalci se osredotočajo na izboljšanje čistosti premaza, enakomernosti in življenjske dobe ob zniževanju stroškov. Poleg tega je raziskovanje inovativnih materialov, kot je nprprevleke iz tantalovega karbida (TaC).ponuja potencialne izboljšave toplotne prevodnosti in odpornosti proti koroziji, s čimer utira pot rešitvam naslednje generacije.

Ker povpraševanje po grafitnih sprejemnikih, prevlečenih s SiC, še naprej narašča, bo napredek v inteligentni proizvodnji in industrijski proizvodnji še naprej podpiral razvoj visokokakovostnih izdelkov za izpolnjevanje razvijajočih se potreb industrije polprevodnikov in optoelektronike.