Uporaba materialov termičnega polja na osnovi ogljika pri rasti kristalov silicijevega karbida

Ⅰ. Uvod v materiale SiC:

1. Pregled lastnosti materiala:

Thepolprevodnik tretje generacijese imenuje sestavljeni polprevodnik, njegova pasovna širina pa je približno 3,2 eV, kar je trikrat večja od pasovne širine polprevodniških materialov na osnovi silicija (1,12 eV za polprevodniške materiale na osnovi silicija), zato se imenuje tudi polprevodnik s širokim pasovnim presledkom. Polprevodniške naprave na osnovi silicija imajo fizične omejitve, ki jih je težko prebiti v nekaterih scenarijih uporabe pri visokih temperaturah, visokem tlaku in visokih frekvencah. Prilagoditev strukture naprave ne more več zadostiti potrebam in polprevodniški materiali tretje generacije, ki jih predstavljata SiC inGaNso se pojavili.

2. Uporaba naprav SiC:

Na podlagi svoje posebne zmogljivosti bodo naprave SiC postopoma nadomestile silicijeve naprave na področju visoke temperature, visokega tlaka in visoke frekvence ter igrale pomembno vlogo pri komunikacijah 5G, mikrovalovnem radarju, vesolju, novih energetskih vozilih, železniškem prometu, pametnem mreže in druga polja.

3. Način priprave:

(1)Fizični transport hlapov (PVT): Temperatura rasti je približno 2100 ~ 2400 ℃. Prednosti so zrela tehnologija, nizki proizvodni stroški in nenehno izboljševanje kakovosti in donosa kristalov. Slabosti so, da je težko neprekinjeno dovajati materiale in težko kontrolirati delež komponent plinske faze. Trenutno je težko dobiti kristale tipa P.

(2)Metoda raztopine z zgornjim semenom (TSSG): Temperatura rasti je približno 2200 ℃. Prednosti so nizka rastna temperatura, nizek stres, malo dislokacijskih napak, dopiranje tipa P, 3Crast kristalov, in enostavno razširitev premera. Vendar še vedno obstajajo napake kovinskih vključkov in stalna oskrba z virom Si/C je slaba.

(3)Visokotemperaturno kemično naparjevanje (HTCVD): Temperatura rasti je približno 1600 ~ 1900 ℃. Prednosti so stalna dobava surovin, natančna kontrola razmerja Si/C, visoka čistost in priročno dopiranje. Slabosti so visoki stroški plinastih surovin, velika težava pri inženirski obdelavi izpušnih plinov termičnega polja, veliko napak in nizka tehnična zrelost.

Ⅱ. Funkcionalna klasifikacijatoplotno poljematerialov

1. Izolacijski sistem:

Funkcija: Konstruirajte temperaturni gradient, potreben zarast kristalov

Zahteve: Toplotna prevodnost, električna prevodnost, čistost sistemov visokotemperaturnih izolacijskih materialov nad 2000 ℃

2. Cruciblesistem:

Funkcija: 

① Grelne komponente; 

② Posoda za rast

Zahteve: upornost, toplotna prevodnost, koeficient toplotne razteznosti, čistost

3. TaC prevlekakomponente:

Funkcija: Zavira korozijo osnovnega grafita s Si in zavira vključke C

Zahteve: gostota nanosa, debelina nanosa, čistost

4. Porozni grafitkomponente:

Funkcija: 

① Komponente ogljikovih delcev filtra; 

② Dodatni vir ogljika

Zahteve: prepustnost, toplotna prevodnost, čistost

Ⅲ. Sistemska rešitev toplotnega polja

Izolacijski sistem:

Notranji izolacijski valj iz ogljika/ogljikovega kompozita ima visoko površinsko gostoto, odpornost proti koroziji in dobro odpornost na toplotne udarce. Zmanjša lahko korozijo silicija, ki je iztekel iz lončka na stranski izolacijski material, s čimer zagotovi stabilnost toplotnega polja.

Funkcionalne komponente:

(1)Prevlečen s tantalovim karbidomkomponente

(2)Porozni grafitkomponente

(3)Karbon/karbonski kompozitkomponente toplotnega polja