1. قارب من بلورات الجرافيت مع طلاء كربيد السيليكون بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD-SiC)
يُعدّ الجرافيت مادة سهلة المعالجة، ويمكن تصنيعه على شكل قارب بلوري من قطعة واحدة عبر عدة عمليات انطلاقًا من كتلة واحدة. ولأن الجرافيت مادة مسامية، يجب طلاء سطحه بطبقة من كربيد السيليكون (SiC) بسماكة تقارب 100 ميكرومتر، وذلك لتجنب مشكلة الجسيمات الناتجة عن تعرض سطح الجرافيت المباشر لمواد تصنيع أشباه الموصلات المختلفة. ومع ذلك، فإن سماكة هذه الطبقة...طلاء كربيد السيليكون المترسب كيميائياً من البخاريصعب التحكم في هذه العملية، خاصةً في بعض الثقوب العميقة والزوايا حيث قد يكون الطلاء رقيقًا. نظرًا لاختلاف معامل التمدد الحراري بين جسم الجرافيت وطبقة كربيد السيليكون (25-1400 درجة مئوية، بمتوسط 4.4 × 10⁻⁶/درجة مئوية لكربيد السيليكون و7.1 × 10⁻⁶/درجة مئوية للجرافيت)، تميل طبقة كربيد السيليكون عادةً إلى التقشر بعد عدة دورات من ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة. عند تعرض الجرافيت للعوامل الجوية، تدخل الغازات أو السوائل المسببة للتآكل إلى جسم الجرافيت المسامي ويصعب إزالتها تمامًا، مما يؤدي إلى توليد جزيئات في العمليات ذات درجات الحرارة العالية. يُعد هذا القارب المصنوع من الجرافيت المطلي بكربيد السيليكون الأرخص سعرًا والأقصر عمرًا، حوالي عام واحد.
2. قارب بلوري من كربيد السيليكون المعاد تبلوره مع طلاء كربيد السيليكون بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار
تُصنع قوارب بلورات كربيد السيليكون المُعاد تبلورها عادةً عن طريق تلبيد ومعالجة عدة أجزاء، ثم ربط كل جزء بمعجون السيليكون عند درجات حرارة عالية لتشكيل القارب البلوري، وأخيرًا تطبيق طبقة من كربيد السيليكون المُرسب كيميائيًا من البخار (CVD-SiC) بسماكة 100 ميكرومتر تقريبًا. ولأن عملية إعادة التبلور مسامية، يمكن إدخال الجسيمات في عمليات أشباه الموصلات حتى بدون طبقة كربيد السيليكون. إضافةً إلى ذلك، لا يتحمل معجون السيليكون في منطقة الربط نفس درجات الحرارة العالية التي يتحملها كربيد السيليكون. تُعد عملية تصنيع قوارب بلورات كربيد السيليكون المُعاد تبلورها والمطلية بطبقة CVD-SiC الأطول والأكثر تكلفة. بالمقارنة مع قوارب بلورات الجرافيت المطلية بكربيد السيليكون، لا تعاني قوارب بلورات كربيد السيليكون المُعاد تبلورها والمطلية بطبقة CVD-SiC من مشكلة عدم تطابق معامل التمدد الحراري، ولكن قد يؤدي غسلها بالأحماض أو تعرضها للصدمات إلى تساقط طبقة كربيد السيليكون. عمرها الافتراضي أطول قليلاً، حوالي سنتين إلى ثلاث سنوات.
3. قارب بلوري من كربيد السيليكون قطعة واحدة بدون طلاء الترسيب الكيميائي للبخار
بالنسبة للقوارب البلورية غير المطلية بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، يجب أن يكون سطحها كثيفًا. يوجد نوعان من مواد كربيد السيليكون (SiC) الكثيفة: كربيد السيليكون المتلبد بدون ضغط (SSiC) وكربيد السيليكون المتلبد بالتفاعل (RBSiC، المعروف أيضًا باسم كربيد السيليكون المشبع بالسيليكون، SiSiC). مع ذلك، لا يمكن دمج أي من هذين النوعين من كربيد السيليكون في وحدة واحدة مثل الكوارتز. ليس من السهل تشكيل كربيد السيليكون من مسحوق وحرقه ليأخذ شكلًا تقريبيًا لقارب بلوري من قطعة واحدة. علاوة على ذلك، يتميز كربيد السيليكون بصلابته الشديدة وصعوبة معالجته، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة تصنيع القوارب البلورية المصنوعة من قطعة واحدة من كربيد السيليكون. على الرغم من أن تشكيل RBSiC أسهل قليلًا من SSiC، إلا أنه لا يزال شديد الصلابة. إضافة إلى ذلك، يحتوي RBSC على نسبة تتراوح بين 10 و15% من السيليكون الحر، مما يجعله غير قادر على تحمل درجات الحرارة العالية نفسها التي تتحملها مواد SSiC. بشكل عام، يمكنه تحمل درجات حرارة أقل من 1400 درجة مئوية. علاوة على ذلك، فإن السيليكون الحر يتآكل بسهولة بواسطة حمض الهيدروفلوريك، مما يؤدي إلى تكوين جسيمات.
4. قارب الكريستال المعياري من كربيد السيليكون من كاليكس
تُصنّع الأجزاء المكونة من خلال عمليات التشكيل والتلبيد والطحن باستخدام مادة كربيد السيليكون المُلبّدة بدون ضغط، بنقاوة 99.675%. ثم تُجمّع هذه الأجزاء باستخدام براغي وصواميل من كربيد السيليكون المُلبّد، وتُثبّت بدبابيس من نفس المادة لضمان قدرتها على تحمل الأحمال. وبفضل عدم وجود طبقة طلاء من كربيد السيليكون، لا يوجد خطر لتلف الطلاء. علاوة على ذلك، يمكن استخدامها لفترات طويلة في بيئات قاسية، مثل درجات الحرارة العالية (1600 درجة مئوية) وحمض الهيدروفلوريك، مع عمر افتراضي يزيد عن خمس سنوات.
تاريخ النشر: 19 أغسطس 2025