Современные высокотехнологичные огнеупорные материалы, такие как углерод, азот, бор и другие, а также карбид кремния, спеченный при атмосферном давлении, широко распространены, экономичны и могут быть отнесены к категории наждачной бумаги или огнеупорного песка. Чистый карбид кремния представляет собой бесцветный прозрачный кристалл. Так какова же структура и характеристики карбида кремния?
Спеченный карбид кремния при атмосферном давлении
Структура материала карбида кремния, спеченного при атмосферном давлении:
Используемый в промышленности спеченный при атмосферном давлении карбид кремния имеет светло-желтый, зеленый, синий и черный цвета в зависимости от типа и содержания примесей, а также отличается по чистоте и прозрачности. Кристаллическая структура карбида кремния делится на шестиугольный или ромбовидный плутоний и кубический плутоний-sic. Плутоний-sic образует множество деформаций из-за различного порядка расположения атомов углерода и кремния в кристаллической структуре, и обнаружено более 70 видов деформаций. Бета-SIC превращается в альфа-SIC при температуре выше 2100. В промышленном процессе карбид кремния очищается с использованием высококачественного кварцевого песка и нефтяного кокса в резистивной печи. Очищенные блоки карбида кремния измельчаются, очищаются кислотно-щелочным методом, подвергаются магнитной сепарации, просеиванию или водоотбору для получения продуктов с различным размером частиц.
Характеристики материала карбида кремния, спеченного при атмосферном давлении:
Карбид кремния обладает хорошей химической стабильностью, теплопроводностью, коэффициентом теплового расширения и износостойкостью, поэтому, помимо абразивного применения, он находит множество других возможностей: например, порошок карбида кремния наносится на внутреннюю стенку турбинного рабочего колеса или блока цилиндров с помощью специальной технологии, что позволяет повысить износостойкость и продлить срок службы в 1-2 раза. Он изготавливается из жаростойких, малогабаритных, легких и высокопрочных огнеупорных материалов, обладающих высокой энергоэффективностью. Низкосортный карбид кремния (содержащий около 85% SiC) является отличным раскислителем, позволяющим увеличить скорость выплавки стали и легко контролировать химический состав для улучшения качества стали. Кроме того, карбид кремния, спеченный при атмосферном давлении, также широко используется в производстве электрических деталей из кремниево-углеродистых стержней.
Карбид кремния очень твёрдый. Твёрдость по Морзе составляет 9,5, уступая только самому твёрдому алмазу в мире (10), является полупроводником с превосходной теплопроводностью, может противостоять окислению при высоких температурах. Карбид кремния имеет не менее 70 типов кристаллов. Плутоний-карбид кремния — распространённый изомер, образующийся при температурах выше 2000 °C и имеющий гексагональную кристаллическую структуру (подобную вюрциту). Спеченный карбид кремния при атмосферном давлении.
Применение карбида кремния в полупроводниковой промышленности
Производственная цепочка полупроводниковой промышленности на основе карбида кремния включает в себя в основном порошок карбида кремния высокой чистоты, монокристаллические подложки, эпитаксиальные листы, силовые компоненты, упаковку модулей и оконечные устройства.
1. Монокристаллическая подложка. Монокристаллическая подложка — это полупроводниковый опорный материал, проводящий материал и подложка для эпитаксиального роста. В настоящее время методы выращивания монокристаллов SiC включают метод физического переноса из паровой фазы (метод ПВТ), метод жидкофазного осаждения (метод ЛПЭ) и метод высокотемпературного химического осаждения из паровой фазы (метод ВТХСО). Спеченный карбид кремния при атмосферном давлении.
2. Эпитаксиальный слой. Эпитаксиальный слой карбида кремния, монокристаллическая пленка (эпитаксиальный слой) с тем же направлением, что и кристалл подложки, предъявляющий определенные требования к подложке из карбида кремния. В практических приложениях широкозонные полупроводниковые приборы почти все изготавливаются в эпитаксиальном слое, а в качестве подложки используется только сам кремниевый чип, включая подложку из эпитаксиального слоя GaN.
3. Высокочистый порошок карбида кремния. Высокочистый порошок карбида кремния является сырьем для выращивания монокристаллов карбида кремния методом PVT, и чистота продукта напрямую влияет на качество выращивания и электрические характеристики монокристаллов карбида кремния.
4. Силовой прибор представляет собой широкополосный источник питания, изготовленный из карбида кремния, обладающий характеристиками высокой термостойкости, высокой частоты и высокой эффективности. В зависимости от формы работы, источник питания на основе SiC в основном включает в себя силовой диод и силовой ключ.
5. В полупроводниковых приложениях третьего поколения полупроводники на основе карбида кремния обладают преимуществом дополнения полупроводников на основе нитрида галлия. Благодаря высокой эффективности преобразования, низкому нагреву, малому весу и другим преимуществам устройств на основе SiC, спрос со стороны смежных отраслей промышленности продолжает расти, и наблюдается тенденция к замене устройств на основе SiO2.
Дата публикации: 16 июня 2023 г.