តម្រូវការ និងការអនុវត្តសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់នៅក្នុងវិស័យអេឡិចត្រូនិច

បច្ចុប្បន្ន,ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (SiC)គឺជាសម្ភារៈសេរ៉ាមិចដែលដឹកនាំកម្ដៅ ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងសកម្មទាំងនៅក្នុងស្រុក និងនៅបរទេស។ ចរន្តកម្ដៅទ្រឹស្តីនៃ SiC គឺខ្ពស់ណាស់ ហើយទម្រង់គ្រីស្តាល់មួយចំនួនអាចឡើងដល់ 270W/mK ដែលជាអ្នកដឹកនាំរួចទៅហើយក្នុងចំណោមសម្ភារៈមិនដឹកនាំ។ ឧទាហរណ៍ ការអនុវត្តចរន្តកម្ដៅ SiC អាចត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុងសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមនៃឧបករណ៍ស៊ីមីកុងដុកទ័រ សម្ភារៈសេរ៉ាមិចដែលដឹកនាំកម្ដៅខ្ពស់ ឧបករណ៍កម្តៅ និងបន្ទះកំដៅសម្រាប់ដំណើរការស៊ីមីកុងដុកទ័រ សម្ភារៈកន្សោមសម្រាប់ឥន្ធនៈនុយក្លេអ៊ែរ និងចិញ្ចៀនផ្សាភ្ជាប់ឧស្ម័នសម្រាប់ស្នប់បង្ហាប់។

ការអនុវត្តនៃស៊ីលីកុនកាប៊ីតនៅក្នុងវិស័យស៊ីមីកុងដុកទ័រ

ឌីសកិន និងគ្រឿងបរិក្ខារ គឺជាឧបករណ៍ដំណើរការដ៏សំខាន់សម្រាប់ការផលិតបន្ទះស៊ីលីកុននៅក្នុងឧស្សាហកម្មស៊ីមីកុងដុកទ័រ។ ប្រសិនបើឌីសកិនត្រូវបានផលិតពីដែកវណ្ណះ ឬដែកថែបកាបូន អាយុកាលសេវាកម្មរបស់វាគឺខ្លី ហើយមេគុណពង្រីកកម្ដៅរបស់វាគឺធំ។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការបន្ទះស៊ីលីកុន ជាពិសេសក្នុងអំឡុងពេលកិន ឬប៉ូលាល្បឿនលឿន ដោយសារតែការពាក់ និងការខូចទ្រង់ទ្រាយកម្ដៅនៃឌីសកិន ភាពរាបស្មើ និងភាពស្របគ្នានៃបន្ទះស៊ីលីកុនពិបាកធានាណាស់។ ឌីសកិនធ្វើពីសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាប៊ីតមានការពាក់ទាបដោយសារតែភាពរឹងខ្ពស់របស់វា ហើយមេគុណពង្រីកកម្ដៅរបស់វាគឺដូចគ្នានឹងបន្ទះស៊ីលីកុន ដូច្នេះវាអាចត្រូវបានកិន និងប៉ូលាក្នុងល្បឿនលឿន។

លើសពីនេះ នៅពេលដែលបន្ទះស៊ីលីកុនត្រូវបានផលិត ពួកវាត្រូវឆ្លងកាត់ការព្យាបាលកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ហើយជារឿយៗត្រូវបានដឹកជញ្ជូនដោយប្រើគ្រឿងបរិក្ខារស៊ីលីកុនកាប៊ីត។ ពួកវាធន់នឹងកំដៅ និងមិនបំផ្លិចបំផ្លាញ។ កាបូនដូចពេជ្រ (DLC) និងថ្នាំកូតផ្សេងទៀតអាចត្រូវបានលាបលើផ្ទៃដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាព កាត់បន្ថយការខូចខាតបន្ទះស៊ីលីកុន និងការពារការចម្លងរោគពីការរីករាលដាល។

លើសពីនេះ ក្នុងនាមជាតំណាងនៃសម្ភារៈ semiconductor ដែលមាន bandgap ធំទូលាយជំនាន់ទីបី សម្ភារៈគ្រីស្តាល់តែមួយស៊ីលីកុនកាបៃមានលក្ខណៈសម្បត្តិដូចជាទទឹង bandgap ធំ (ប្រហែល 3 ដងនៃ Si) ចរន្តកំដៅខ្ពស់ (ប្រហែល 3.3 ដងនៃ Si ឬ 10 ដងនៃ GaAs) អត្រាចំណាកស្រុកតិត្ថិភាពអេឡិចត្រុងខ្ពស់ (ប្រហែល 2.5 ដងនៃ Si) និងដែនអគ្គិសនីបំបែកខ្ពស់ (ប្រហែល 10 ដងនៃ Si ឬ 5 ដងនៃ GaAs)។ ឧបករណ៍ SiC បំពេញបន្ថែមចំណុចខ្វះខាតនៃឧបករណ៍សម្ភារៈ semiconductor ប្រពៃណីក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ហើយកំពុងក្លាយជាចរន្តសំខាន់នៃ semiconductor ថាមពលបន្តិចម្តងៗ។

តម្រូវការសម្រាប់សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់បានកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង។

ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍជាបន្តបន្ទាប់នៃវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យា តម្រូវការសម្រាប់ការអនុវត្តសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃក្នុងវិស័យស៊ីមីកុងដុកទ័របានកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ហើយចរន្តកំដៅខ្ពស់គឺជាសូចនាករសំខាន់សម្រាប់ការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងសមាសធាតុឧបករណ៍ផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រ។ ដូច្នេះ វាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការពង្រឹងការស្រាវជ្រាវលើសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។ ការកាត់បន្ថយមាតិកាអុកស៊ីសែននៅក្នុងបន្ទះសៀគ្វី ការកែលម្អដង់ស៊ីតេ និងការគ្រប់គ្រងការចែកចាយដំណាក់កាលទីពីរនៅក្នុងបន្ទះសៀគ្វីដោយសមហេតុផល គឺជាវិធីសាស្ត្រសំខាន់ៗដើម្បីកែលម្អចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃ។

បច្ចុប្បន្ននេះ មានការសិក្សាតិចតួចណាស់លើសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់នៅក្នុងប្រទេសរបស់ខ្ញុំ ហើយនៅតែមានគម្លាតធំមួយបើប្រៀបធៀបទៅនឹងកម្រិតពិភពលោក។ ទិសដៅស្រាវជ្រាវនាពេលអនាគតរួមមាន៖
●ពង្រឹងដំណើរការស្រាវជ្រាវរៀបចំម្សៅសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាប៊ីត។ ការរៀបចំម្សៅស៊ីលីកុនកាប៊ីតដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ និងមានអុកស៊ីសែនទាប គឺជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការរៀបចំសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាប៊ីតដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។
● ពង្រឹងការជ្រើសរើសជំនួយសម្រាប់ធ្វើស៊ីម៉ង់ត៍ និងការស្រាវជ្រាវទ្រឹស្តីពាក់ព័ន្ធ។
●ពង្រឹងការស្រាវជ្រាវ និងការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍ស៊ីនធឺរកម្រិតខ្ពស់។ តាមរយៈការគ្រប់គ្រងដំណើរការស៊ីនធឺរដើម្បីទទួលបានមីក្រូស្ត្រុកទ័រសមហេតុផល វាគឺជាលក្ខខណ្ឌចាំបាច់ដើម្បីទទួលបានសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។

វិធានការដើម្បីកែលម្អចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាប៊ីត

គន្លឹះក្នុងការកែលម្អចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC គឺកាត់បន្ថយប្រេកង់ខ្ចាត់ខ្ចាយផូណុន និងបង្កើនផ្លូវសេរីមធ្យមផូណុន។ ចរន្តកំដៅនៃ SiC នឹងត្រូវបានកែលម្អប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពដោយកាត់បន្ថយភាពរលុង និងដង់ស៊ីតេព្រំដែនគ្រាប់នៃសេរ៉ាមិច SiC ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពបរិសុទ្ធនៃព្រំដែនគ្រាប់ SiC កាត់បន្ថយភាពមិនបរិសុទ្ធនៃបន្ទះ SiC ឬពិការភាពបន្ទះ និងបង្កើនឧបករណ៍បញ្ជូនកំដៅនៅក្នុង SiC។ បច្ចុប្បន្ននេះ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រភេទ និងមាតិកានៃជំនួយស៊ីនទ័រ និងការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ គឺជាវិធានការសំខាន់ៗដើម្បីកែលម្អចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC។

① ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវប្រភេទ និងខ្លឹមសារនៃជំនួយសម្រាប់ធ្វើស៊ីម៉ង់ត៍

សារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រជាច្រើនប្រភេទត្រូវបានបន្ថែមជាញឹកញាប់នៅពេលរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។ ក្នុងចំណោមនោះ ប្រភេទ និងមាតិកានៃសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រមានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងទៅលើចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC។ ឧទាហរណ៍ ធាតុ Al ឬ O នៅក្នុងប្រព័ន្ធ Al2O3 នៃសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រងាយរលាយចូលទៅក្នុងបន្ទះ SiC ដែលបណ្តាលឱ្យមានចន្លោះប្រហោង និងពិការភាព ដែលនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃប្រេកង់ខ្ចាត់ខ្ចាយហ្វូណុន។ លើសពីនេះ ប្រសិនបើមាតិកានៃសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រមានកម្រិតទាប សម្ភារៈពិបាកស៊ីនទ័រ និងធ្វើឱ្យដង់ស៊ីតេខ្ពស់ ខណៈពេលដែលមាតិកាខ្ពស់នៃសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រនឹងនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃភាពមិនបរិសុទ្ធ និងពិការភាព។ សារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រដំណាក់កាលរាវច្រើនពេកក៏អាចរារាំងការលូតលាស់នៃគ្រាប់ SiC និងកាត់បន្ថយផ្លូវសេរីមធ្យមនៃហ្វូណុន។ ដូច្នេះ ដើម្បីរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ ចាំបាច់ត្រូវកាត់បន្ថយមាតិកានៃសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រឱ្យបានច្រើនតាមដែលអាចធ្វើទៅបាន ខណៈពេលដែលបំពេញតាមតម្រូវការនៃដង់ស៊ីតេស៊ីនទ័រ ហើយព្យាយាមជ្រើសរើសសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រដែលពិបាករលាយក្នុងបន្ទះ SiC។

*លក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC នៅពេលដែលបន្ថែមសារធាតុជំនួយស៊ីនទ័រផ្សេងៗគ្នា

បច្ចុប្បន្ននេះ សេរ៉ាមិច SiC ចុចក្តៅ ដែលត្រូវបានស៊ីនធ័រជាមួយ BeO ជាជំនួយស៊ីនធ័រ មានចរន្តកំដៅអតិបរមានៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ (270W·m-1·K-1)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ BeO គឺជាវត្ថុធាតុពុលខ្ពស់ និងបង្កមហារីក ហើយមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ ឬវិស័យឧស្សាហកម្មទេ។ ចំណុចយូតេកទិកទាបបំផុតនៃប្រព័ន្ធ Y2O3-Al2O3 គឺ 1760℃ ដែលជាជំនួយស៊ីនធ័រដំណាក់កាលរាវទូទៅសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារតែ Al3+ ងាយរលាយចូលទៅក្នុងបន្ទះ SiC នៅពេលដែលប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានប្រើជាជំនួយស៊ីនធ័រ ចរន្តកំដៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់នៃសេរ៉ាមិច SiC គឺតិចជាង 200W·m-1·K-1។

ធាតុ​ផែនដី​ដ៏កម្រ​ដូចជា Y, Sm, Sc, Gd និង La មិនងាយរលាយក្នុងបន្ទះ SiC ទេ ហើយមាន​សមត្ថភាព​អុកស៊ីហ្សែន​ខ្ពស់ ដែលអាចកាត់បន្ថយ​មាតិកា​អុកស៊ីហ្សែន​នៃបន្ទះ SiC បានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។ ដូច្នេះ ប្រព័ន្ធ Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) គឺជា​ឧបករណ៍​ជំនួយ​ស៊ីនធឺរ​ទូទៅ​សម្រាប់​រៀបចំ​សេរ៉ាមិច SiC ដែល​មាន​ចរន្ត​កម្ដៅ​ខ្ពស់ (>200W·m-1·K-1)។ ដោយ​យក​ឧបករណ៍​ជំនួយ​ស៊ីនធឺរ​ប្រព័ន្ធ Y2O3-Sc2O3 ជាឧទាហរណ៍ តម្លៃ​គម្លាត​អ៊ីយ៉ុង​នៃ Y3+ និង Si4+ គឺធំ ហើយ​ទាំងពីរ​មិន​ឆ្លងកាត់​ដំណោះស្រាយ​រឹង​ទេ។ លទ្ធភាព​រលាយ​នៃ Sc ក្នុង SiC សុទ្ធ​នៅ 1800~2600℃ គឺតូច ប្រហែល (2~3)×1017អាតូម·cm-3។

② ការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់

ការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃសេរ៉ាមិច SiC គឺអំណោយផលដល់ការលុបបំបាត់ពិការភាពនៃបន្ទះឈើ ការផ្លាស់ទីលំនៅ និងភាពតានតឹងដែលនៅសេសសល់ ដែលជំរុញការផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធនៃវត្ថុធាតុ amorphous មួយចំនួនទៅជាគ្រីស្តាល់ និងធ្វើឱ្យឥទ្ធិពលនៃការខ្ចាត់ខ្ចាយផូណុនចុះខ្សោយ។ លើសពីនេះ ការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់អាចជំរុញការលូតលាស់នៃគ្រាប់ SiC យ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព និងទីបំផុតធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅនៃវត្ថុធាតុ។ ឧទាហរណ៍ បន្ទាប់ពីការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៅសីតុណ្ហភាព 1950°C មេគុណសាយភាយកម្ដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC បានកើនឡើងពី 83.03mm2·s-1 ដល់ 89.50mm2·s-1 ហើយចរន្តកម្ដៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់បានកើនឡើងពី 180.94W·m-1·K-1 ដល់ 192.17W·m-1·K-1។ ការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមត្ថភាព deoxidation នៃជំនួយ sintering នៅលើផ្ទៃ SiC និងបន្ទះឈើយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព និងធ្វើឱ្យការតភ្ជាប់រវាងគ្រាប់ SiC កាន់តែតឹងរ៉ឹង។ បន្ទាប់ពីការព្យាបាលដោយកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ចរន្តកម្ដៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់នៃសេរ៉ាមិច SiC ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់។