Σύγχρονες πυρίμαχες πρώτες ύλες υψηλής τεχνολογίας C, N, B και άλλες μη οξειδωμένες, το πυριτικό καρβίδιο που έχει υποστεί ατμοσφαιρική πίεση είναι εκτεταμένο, οικονομικό, μπορεί να θεωρηθεί σμύριδα ή πυρίμαχη άμμος. Το καθαρό καρβίδιο του πυριτίου είναι άχρωμος διαφανής κρύσταλλος. Ποια είναι λοιπόν η δομή και τα χαρακτηριστικά του υλικού του καρβιδίου του πυριτίου;
Συντηγμένο καρβίδιο του πυριτίου υπό ατμοσφαιρική πίεση
Δομή υλικού καρβιδίου του πυριτίου που έχει υποστεί ατμοσφαιρική πίεση:
Το πυριτικό καρβίδιο που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία με ατμοσφαιρική πίεση είναι ανοιχτό κίτρινο, πράσινο, μπλε και μαύρο ανάλογα με τον τύπο και την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, και η καθαρότητα είναι διαφορετική και η διαφάνεια είναι διαφορετική. Η κρυσταλλική δομή του καρβιδίου του πυριτίου διαιρείται σε πλουτώνιο έξι λέξεων ή σε σχήμα διαμαντιού και κυβικό πλουτώνιο-sic. Το πλουτώνιο-sic σχηματίζει μια ποικιλία παραμορφώσεων λόγω της διαφορετικής σειράς στοίβαξης των ατόμων άνθρακα και πυριτίου στην κρυσταλλική δομή, και έχουν βρεθεί περισσότερα από 70 είδη παραμόρφωσης. Το βήτα-SIC μετατρέπεται σε άλφα-SIC πάνω από 2100. Η βιομηχανική διαδικασία του καρβιδίου του πυριτίου εξευγενίζεται με χαλαζιακή άμμο υψηλής ποιότητας και οπτάνθρακα πετρελαίου σε φούρνο αντίστασης. Τα εξευγενισμένα μπλοκ καρβιδίου του πυριτίου θρυμματίζονται, καθαρίζονται με όξινη βάση, μαγνητικός διαχωρισμός, κοσκινίζονται ή επιλέγονται με νερό για την παραγωγή μιας ποικιλίας προϊόντων μεγέθους σωματιδίων.
Χαρακτηριστικά υλικών του καρβιδίου του πυριτίου που έχει υποστεί ατμοσφαιρική πίεση:
Το καρβίδιο του πυριτίου έχει καλή χημική σταθερότητα, θερμική αγωγιμότητα, συντελεστή θερμικής διαστολής, αντοχή στη φθορά, επομένως, εκτός από τη χρήση σε λειαντικά, υπάρχουν πολλές χρήσεις: Για παράδειγμα, η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου επικαλύπτεται στο εσωτερικό τοίχωμα της πτερωτής του στροβίλου ή του μπλοκ κυλίνδρων με μια ειδική διαδικασία, η οποία μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη φθορά και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής 1 έως 2 φορές. Κατασκευασμένο από ανθεκτικό στη θερμότητα, μικρό μέγεθος, ελαφρύ βάρος, υψηλή αντοχή από πυρίμαχα υλικά υψηλής ποιότητας, η ενεργειακή απόδοση είναι πολύ καλή. Το καρβίδιο του πυριτίου χαμηλής ποιότητας (συμπεριλαμβανομένου περίπου 85% SiC) είναι ένας εξαιρετικός αποξειδωτικός παράγοντας για την αύξηση της ταχύτητας παραγωγής χάλυβα και τον εύκολο έλεγχο της χημικής σύνθεσης για τη βελτίωση της ποιότητας του χάλυβα. Επιπλέον, το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου σε ατμοσφαιρική πίεση χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην κατασκευή ηλεκτρικών μερών ράβδων πυριτίου-άνθρακα.
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι πολύ σκληρό. Η σκληρότητα Morse είναι 9,5, δεύτερη μόνο μετά το σκληρό διαμάντι στον κόσμο (10), είναι ημιαγωγός με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, μπορεί να αντισταθεί στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει τουλάχιστον 70 κρυσταλλικούς τύπους. Το καρβίδιο του πλουτωνίου-πυριτίου είναι ένα κοινό ισομερές που σχηματίζεται σε θερμοκρασίες άνω των 2000 και έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή (παρόμοια με τον βουρτσίτη). Συντηγμένο καρβίδιο του πυριτίου υπό ατμοσφαιρική πίεση.
Εφαρμογή καρβιδίου του πυριτίου στη βιομηχανία ημιαγωγών
Η αλυσίδα βιομηχανίας ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου περιλαμβάνει κυρίως σκόνη υψηλής καθαρότητας καρβιδίου του πυριτίου, υπόστρωμα μονοκρυστάλλου, επιταξιακό φύλλο, εξαρτήματα ισχύος, συσκευασίες μονάδων και εφαρμογές τερματικών.
1. Μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα Το μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα είναι ένα υλικό υποστήριξης ημιαγωγών, αγώγιμο υλικό και επιταξιακό υπόστρωμα ανάπτυξης. Σήμερα, οι μέθοδοι ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC περιλαμβάνουν τη μέθοδο φυσικής μεταφοράς ατμών (μέθοδος PVT), τη μέθοδο υγρής φάσης (μέθοδος LPE) και τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών σε υψηλή θερμοκρασία (μέθοδος HTCVD). Πυριτικό καρβίδιο υπό ατμοσφαιρική πίεση.
2. Επιταξιακό φύλλο Επιταξιακό φύλλο καρβιδίου του πυριτίου, φύλλο καρβιδίου του πυριτίου, μεμβράνη μονοκρυστάλλου (επιταξιακό στρώμα) με την ίδια κατεύθυνση με το υπόστρωμα κρυστάλλου που έχει ορισμένες απαιτήσεις για το υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου. Σε πρακτικές εφαρμογές, οι συσκευές ημιαγωγών με ευρύ ενεργειακό χάσμα κατασκευάζονται σχεδόν όλες στο επιταξιακό στρώμα και το ίδιο το τσιπ πυριτίου χρησιμοποιείται μόνο ως υπόστρωμα, συμπεριλαμβανομένου του υποστρώματος του επιταξιακού στρώματος GaN.
3. Σκόνη καρβιδίου του πυριτίου υψηλής καθαρότητας Η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου υψηλής καθαρότητας είναι η πρώτη ύλη για την ανάπτυξη μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου με τη μέθοδο PVT και η καθαρότητα του προϊόντος επηρεάζει άμεσα την ποιότητα ανάπτυξης και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου.
4. Η συσκευή τροφοδοσίας είναι μια ευρυζωνική τροφοδοσία κατασκευασμένη από υλικό καρβιδίου του πυριτίου, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής συχνότητας και υψηλής απόδοσης. Σύμφωνα με τη μορφή λειτουργίας της συσκευής, η συσκευή τροφοδοσίας SiC περιλαμβάνει κυρίως μια δίοδο ισχύος και έναν σωλήνα διακόπτη ισχύος.
5. Τερματικό Σε εφαρμογές ημιαγωγών τρίτης γενιάς, οι ημιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι συμπληρωματικοί των ημιαγωγών νιτριδίου του γαλλίου. Λόγω της υψηλής απόδοσης μετατροπής, των χαμηλών χαρακτηριστικών θέρμανσης, του ελαφρού βάρους και άλλων πλεονεκτημάτων των συσκευών SiC, η ζήτηση της κατάντη βιομηχανίας συνεχίζει να αυξάνεται και υπάρχει μια τάση αντικατάστασης των συσκευών SiO2.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Ιουνίου 2023