اعليٰ پاڪائي وارو SiC سنگل ڪرسٽل پائوڊر جي جوڙجڪ جو عمل

سلڪون ڪاربائيڊ سنگل ڪرسٽل واڌ جي عمل ۾، جسماني بخارات جي نقل و حمل موجوده مکيه وهڪرو صنعتي ڪرڻ جو طريقو آهي. PVT واڌ جي طريقي لاءِ،سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊرواڌ جي عمل تي وڏو اثر آهي. جا سڀئي پيرا ميٽرسلڪون ڪاربائيڊ پائوڊرسنگل ڪرسٽل جي واڌ ۽ برقي ملڪيت جي معيار تي سڌو سنئون اثر انداز ٿئي ٿو. موجوده صنعتي ايپليڪيشنن ۾، عام طور تي استعمال ٿيندڙسلڪون ڪاربائيڊ پائوڊرسنٿيسس جو عمل خود پروپيگنڊه ڪندڙ اعليٰ درجه حرارت جي سنٿيسس جو طريقو آهي.
خود پروپيگيشن ڪندڙ اعليٰ درجه حرارت جي ترڪيب جو طريقو ڪيميائي رد عمل شروع ڪرڻ لاءِ ري ايڪٽنٽ کي شروعاتي گرمي ڏيڻ لاءِ اعليٰ درجه حرارت استعمال ڪندو آهي، ۽ پوءِ غير رد عمل ٿيل مادن کي ڪيميائي رد عمل مڪمل ڪرڻ جي اجازت ڏيڻ لاءِ پنهنجي ڪيميائي رد عمل جي گرمي استعمال ڪندو آهي. جڏهن ته، جيئن ته Si ۽ C جو ڪيميائي رد عمل گهٽ گرمي جاري ڪري ٿو، رد عمل کي برقرار رکڻ لاءِ ٻيا ري ايڪٽنٽ شامل ڪرڻ گهرجن. تنهن ڪري، ڪيترن ئي عالمن هن بنياد تي هڪ بهتر خود پروپيگيشن ڪندڙ ترڪيب جو طريقو تجويز ڪيو آهي، هڪ ايڪٽيويٽر متعارف ڪرايو آهي. خود پروپيگيشن جو طريقو لاڳو ڪرڻ نسبتا آسان آهي، ۽ مختلف ترڪيب جي پيرا ميٽرز کي مستحڪم طور تي ڪنٽرول ڪرڻ آسان آهي. وڏي پيماني تي ترڪيب صنعتي ڪرڻ جي ضرورتن کي پورو ڪري ٿي.

1999 جي شروعات ۾، برج پورٽ پاڻمرادو پروپيگيٽنگ هاءِ-ٽيمپريچر سنٿيسس طريقو استعمال ڪيو ته جيئنسي سي پائوڊر، پر ان ۾ خام مال طور ايٿوڪسيسيلين ۽ فينول رال استعمال ڪيو ويو، جيڪو مهانگو هو. گاؤ پان ۽ ٻين اعليٰ پاڪائي واري سي پائوڊر ۽ سي پائوڊر کي خام مال طور استعمال ڪيو.سي سي پائوڊرآرگن ماحول ۾ تيز گرمي پد جي رد عمل ذريعي. ننگ لينا وڏا ذرڙا تيار ڪياسي سي پائوڊرثانوي ترڪيب ذريعي.

چائنا اليڪٽرانڪس ٽيڪنالاجي گروپ ڪارپوريشن جي سيڪنڊ ريسرچ انسٽيٽيوٽ پاران تيار ڪيل وچولي فريڪوئنسي انڊڪشن هيٽنگ فرنس سلڪون پائوڊر ۽ ڪاربان پائوڊر کي هڪ خاص اسٽوچيوميٽرڪ تناسب ۾ هڪجهڙائي سان ملائي ٿي ۽ انهن کي گريفائيٽ ڪروسيبل ۾ رکي ٿي.گريفائيٽ ڪروسيبلگرم ڪرڻ لاءِ هڪ وچولي فريڪوئنسي انڊڪشن هيٽنگ فرنس ۾ رکيل آهي، ۽ گرمي پد جي تبديلي کي ترتيب وار گهٽ درجه حرارت واري مرحلي ۽ اعليٰ درجه حرارت واري مرحلي سلڪون ڪاربائيڊ کي سنٿيسائيز ڪرڻ ۽ تبديل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. جيئن ته گهٽ درجه حرارت واري مرحلي ۾ β-SiC سنٿيسز ري ايڪشن جو گرمي پد Si جي وولٽيلائيزيشن گرمي پد کان گهٽ هوندو آهي، تنهن ڪري اعليٰ ويڪيوم هيٺ β-SiC جي سنٿيسز خود پروپيگيشن کي يقيني بڻائي سگهي ٿي. α-SiC جي سنٿيسز ۾ آرگن، هائيڊروجن ۽ HCl گيس کي متعارف ڪرائڻ جو طريقو سڙڻ کان روڪي ٿو.سي سي پائوڊرتيز گرمي پد واري مرحلي ۾، ۽ α-SiC پائوڊر ۾ نائٽروجن جي مواد کي مؤثر طريقي سان گھٽائي سگھي ٿو.

شنڊونگ ٽيان يو هڪ سنٿيسس فرنس ٺاهيو، جنهن ۾ سائلين گيس کي سلڪون خام مال طور ۽ ڪاربان پائوڊر کي ڪاربان خام مال طور استعمال ڪيو ويو. متعارف ڪرايل خام مال گيس جي مقدار کي ٻن مرحلن واري سنٿيسس طريقي سان ترتيب ڏنو ويو، ۽ آخري سنٿيسس ٿيل سلڪون ڪاربائيڊ ذرڙن جي سائيز 50 ۽ 5 000 um جي وچ ۾ هئي.

 

1 پائوڊر جي جوڙجڪ جي عمل جا ڪنٽرول عنصر

 

1.1 ڪرسٽل جي واڌ تي پائوڊر جي ذرڙن جي سائيز جو اثر

سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر جي ذري جي سائيز جو بعد ۾ سنگل ڪرسٽل جي واڌ تي تمام اهم اثر آهي. PVT طريقي سان SiC سنگل ڪرسٽل جي واڌ بنيادي طور تي گئس فيز جزو ۾ سلڪون ۽ ڪاربن جي مولر تناسب کي تبديل ڪندي حاصل ڪئي ويندي آهي، ۽ گئس فيز جزو ۾ سلڪون ۽ ڪاربن جو مولر تناسب سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر جي ذري جي سائيز سان لاڳاپيل آهي. واڌ جي نظام جو ڪل دٻاءُ ۽ سلڪون-ڪاربن تناسب ذري جي سائيز جي گھٽتائي سان وڌي ٿو. جڏهن ذري جي سائيز 2-3 ملي ميٽر کان 0.06 ملي ميٽر تائين گهٽجي ويندي آهي، ته سلڪون-ڪاربن تناسب 1.3 کان 4.0 تائين وڌي ويندو آهي. جڏهن ذرات هڪ خاص حد تائين ننڍا هوندا آهن، ته Si جزوي دٻاءُ وڌي ويندو آهي، ۽ وڌندڙ ڪرسٽل جي مٿاڇري تي Si فلم جي هڪ پرت ٺهي ويندي آهي، جيڪا گئس-مائع-ٺوس واڌ کي متاثر ڪندي آهي، جيڪا ڪرسٽل ۾ پوليمورفزم، پوائنٽ ڊيفيڪٽس ۽ لائن ڊيفيڪٽس کي متاثر ڪري ٿي. تنهن ڪري، اعليٰ پاڪائي واري سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر جي ذري جي سائيز کي چڱي طرح ڪنٽرول ڪرڻ گهرجي.

ان کان علاوه، جڏهن SiC پائوڊر جي ذرڙن جو سائز نسبتاً ننڍو هوندو آهي، ته پائوڊر تيزيءَ سان سڙي ويندو آهي، جنهن جي نتيجي ۾ SiC سنگل ڪرسٽل جي واڌ ويجهه وڌي ويندي آهي. هڪ طرف، SiC سنگل ڪرسٽل جي واڌ جي اعليٰ درجه حرارت واري ماحول ۾، سنٿيسس ۽ سڙڻ جا ٻئي عمل هڪ ئي وقت ڪيا ويندا آهن. سلڪون ڪاربائڊ پائوڊر سڙي ويندو ۽ گئس فيز ۽ سولڊ فيز جهڙوڪ Si، Si2C، SiC2 ۾ ڪاربن ٺاهيندو، جنهن جي نتيجي ۾ پولي ڪرسٽل لائن پاؤڊر جي سنگين ڪاربنائيزيشن ۽ ڪرسٽل ۾ ڪاربان جي شموليت پيدا ٿيندي؛ ٻئي طرف، جڏهن پائوڊر جي سڙڻ جي شرح نسبتاً تيز هوندي آهي، ته پوکيل SiC سنگل ڪرسٽل جي ڪرسٽل جي جوڙجڪ تبديل ٿيڻ جو امڪان هوندو آهي، جنهن جي ڪري پوکيل SiC سنگل ڪرسٽل جي معيار کي ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو ٿي پوندو آهي.

 

1.2 ڪرسٽل جي واڌ تي پائوڊر ڪرسٽل جي شڪل جو اثر

PVT طريقي سان SiC سنگل ڪرسٽل جي واڌ ويجهه گرمي پد تي هڪ سبليميشن-ري ڪرسٽلائيزيشن عمل آهي. SiC خام مال جي ڪرسٽل فارم جو ڪرسٽل جي واڌ تي هڪ اهم اثر آهي. پائوڊر سنٿيسس جي عمل ۾، يونٽ سيل جي ڪعبي جوڙجڪ سان گهٽ درجه حرارت جي سنٿيسس مرحلو (β-SiC) ۽ يونٽ سيل جي هيڪساگونل جوڙجڪ سان اعليٰ درجه حرارت جي سنٿيسس مرحلو (α-SiC) بنيادي طور تي پيدا ڪيو ويندو. سلڪون ڪاربائيڊ ڪرسٽل جون ڪيتريون ئي شڪلون ۽ هڪ تنگ درجه حرارت ڪنٽرول رينج آهن. مثال طور، 3C-SiC 1900 ° C کان مٿي گرمي پد تي هيڪساگونل سلڪون ڪاربائيڊ پوليمورف، يعني 4H/6H-SiC ۾ تبديل ٿي ويندو.

سنگل ڪرسٽل جي واڌ جي عمل دوران، جڏهن β-SiC پائوڊر ڪرسٽل کي وڌائڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ته سلڪون-ڪاربن مولر تناسب 5.5 کان وڌيڪ هوندو آهي، جڏهن ته جڏهن α-SiC پائوڊر ڪرسٽل کي وڌائڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ته سلڪون-ڪاربن مولر تناسب 1.2 هوندو آهي. جڏهن گرمي پد وڌي ويندو آهي، ته ڪروسيبل ۾ هڪ مرحلو منتقلي ٿيندي آهي. هن وقت، گئس مرحلي ۾ مولر تناسب وڏو ٿي ويندو آهي، جيڪو ڪرسٽل جي واڌ لاءِ سازگار ناهي. ان کان علاوه، ٻين گئس مرحلي جي نجاست، جن ۾ ڪاربان، سلڪون، ۽ سلڪون ڊاءِ آڪسائيڊ شامل آهن، مرحلي جي منتقلي جي عمل دوران آساني سان پيدا ٿين ٿا. انهن نجاستن جي موجودگي ڪرسٽل کي مائڪروٽيوب ۽ خالي ڪرڻ جو سبب بڻائيندي آهي. تنهن ڪري، پائوڊر ڪرسٽل جي شڪل کي صحيح طور تي ڪنٽرول ڪرڻ گهرجي.

 

1.3 ڪرسٽل جي واڌ تي پائوڊر جي نجاست جو اثر

SiC پائوڊر ۾ نجاست جو مواد ڪرسٽل جي واڌ دوران خود بخود نيوڪليشن کي متاثر ڪري ٿو. نجاست جو مواد جيترو وڌيڪ هوندو، ڪرسٽل جي خود بخود نيوڪليشن ٿيڻ جو امڪان اوترو ئي گهٽ هوندو. SiC لاءِ، مکيه ڌاتو جي نجاست ۾ B، Al، V، ۽ Ni شامل آهن، جيڪي سلڪون پائوڊر ۽ ڪاربن پائوڊر جي پروسيسنگ دوران پروسيسنگ ٽولز ذريعي متعارف ڪرائي سگهجن ٿيون. انهن مان، B ۽ Al SiC ۾ مکيه گهٽ توانائي جي سطح قبول ڪندڙ نجاست آهن، جنهن جي نتيجي ۾ SiC مزاحمت ۾ گهٽتائي ايندي آهي. ٻيون ڌاتو جي نجاستون ڪيتريون ئي توانائي جي سطحون متعارف ڪرائينديون، جنهن جي نتيجي ۾ SiC سنگل ڪرسٽل جون تيز گرمي پد تي غير مستحڪم برقي خاصيتون پيدا ٿينديون، ۽ اعليٰ پاڪائي واري نيم موصل سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽس جي برقي خاصيتن تي وڌيڪ اثر پوندو، خاص طور تي مزاحمت. تنهن ڪري، اعليٰ پاڪائي واري سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر کي ممڪن حد تائين مصنوعي بڻايو وڃي.

 

1.4 ڪرسٽل جي واڌ ويجهه تي پائوڊر ۾ نائٽروجن جي مقدار جو اثر

نائٽروجن جي مواد جي سطح سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽ جي مزاحمت کي طئي ڪري ٿي. وڏن ٺاهيندڙن کي پائوڊر سنٿيسس دوران پختو ڪرسٽل جي واڌ جي عمل جي مطابق مصنوعي مواد ۾ نائٽروجن ڊوپنگ ڪنسنٽريشن کي ترتيب ڏيڻ جي ضرورت آهي. اعليٰ پاڪائي واري نيم موصل سلڪون ڪاربائيڊ سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽ فوجي ڪور اليڪٽرانڪ حصن لاءِ سڀ کان وڌيڪ اميد افزا مواد آهن. اعليٰ پاڪائي واري نيم موصل سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽ کي اعليٰ مزاحمت ۽ بهترين برقي خاصيتن سان وڌائڻ لاءِ، سبسٽريٽ ۾ مکيه نجاست نائٽروجن جي مواد کي گهٽ سطح تي ڪنٽرول ڪرڻ گهرجي. ڪنڊڪٽو سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽ کي نائٽروجن جي مواد کي نسبتاً وڌيڪ ڪنسنٽريشن تي ڪنٽرول ڪرڻ جي ضرورت آهي.

 

پائوڊر جي جوڙجڪ لاءِ 2 اهم ڪنٽرول ٽيڪنالاجي

سلڪون ڪاربائيڊ سبسٽريٽس جي مختلف استعمال جي ماحول جي ڪري، واڌ پائوڊرن لاءِ سنٿيسس ٽيڪنالاجي ۾ پڻ مختلف عمل آهن. اين-قسم جي ڪنڊڪٽو سنگل ڪرسٽل گروٿ پائوڊرن لاءِ، اعليٰ نجاست جي پاڪائي ۽ سنگل فيز جي ضرورت آهي؛ جڏهن ته نيم موصل سنگل ڪرسٽل گروٿ پائوڊرن لاءِ، نائٽروجن جي مواد جو سخت ڪنٽرول گهربل آهي.

 

2.1 پائوڊر پارٽيڪل سائيز ڪنٽرول

2.1.1 سنٿيسس گرمي پد

ٻين عمل جي حالتن کي تبديل نه ڪندي، 1900 ℃، 2000 ℃، 2100 ℃، ۽ 2200 ℃ جي سنٿيسس گرمي پد تي پيدا ٿيندڙ SiC پائوڊرن جا نمونا ورتا ويا ۽ تجزيو ڪيو ويو. جيئن شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي، اهو ڏسي سگهجي ٿو ته 1900 ℃ تي ذري جي سائيز 250 ~ 600 μm آهي، ۽ 2000 ℃ تي ذري جي سائيز 600 ~ 850 μm تائين وڌي ٿي، ۽ ذري جي سائيز ۾ خاص طور تي تبديلي اچي ٿي. جڏهن گرمي پد 2100 ℃ تائين وڌندو رهي ٿو، ته SiC پائوڊر جو ذري جي سائيز 850 ~ 2360 μm آهي، ۽ واڌ نرم هوندي آهي. 2200 ℃ تي SiC جو ذري جي سائيز تقريبن 2360 μm تي مستحڪم آهي. 1900 ℃ کان سنٿيسس جي درجه حرارت ۾ واڌ SiC ذري جي سائيز تي مثبت اثر وجهي ٿي. جڏهن سنٿيسس جو گرمي پد 2100 ℃ کان وڌندو رهي ٿو، ته ذري جي سائيز ۾ ڪا خاص تبديلي نه ايندي آهي. تنهن ڪري، جڏهن سنٿيسس جو گرمي پد 2100 ℃ تي مقرر ڪيو ويندو آهي، ته هڪ وڏو ذرو سائيز گهٽ توانائي جي استعمال تي سنٿيسس ڪري سگهجي ٿو.

 

2.1.2 سنٿيسس وقت

ٻيون عمل جون حالتون تبديل نه ٿيون ٿين، ۽ سنٿيسس جو وقت ترتيب وار 4 ڪلاڪ، 8 ڪلاڪ، ۽ 12 ڪلاڪ مقرر ڪيو ويو آهي. پيدا ٿيل SiC پائوڊر نموني جو تجزيو شڪل 2 ۾ ڏيکاريو ويو آهي. اهو مليو آهي ته سنٿيسس جو وقت SiC جي ذري جي سائيز تي هڪ اهم اثر رکي ٿو. جڏهن سنٿيسس جو وقت 4 ڪلاڪ هوندو آهي، ته ذري جي سائيز بنيادي طور تي 200 μm تي ورهائجي ويندي آهي؛ جڏهن سنٿيسس جو وقت 8 ڪلاڪ هوندو آهي، ته مصنوعي ذري جي سائيز خاص طور تي وڌي ويندي آهي، خاص طور تي تقريبن 1 000 μm تي ورهائجي ويندي آهي؛ جيئن سنٿيسس جو وقت وڌندو رهي ٿو، ته ذري جي سائيز وڌيڪ وڌي ويندي آهي، خاص طور تي تقريبن 2 000 μm تي ورهائجي ويندي آهي.

 

2.1.3 خام مال جي ذرڙن جي سائيز جو اثر

جيئن جيئن گهريلو سلڪون مواد جي پيداوار جو سلسلو بتدريج بهتر ٿيندو وڃي ٿو، تيئن تيئن سلڪون مواد جي پاڪائي به وڌيڪ بهتر ٿيندي وڃي ٿي. هن وقت، ترڪيب ۾ استعمال ٿيندڙ سلڪون مواد کي بنيادي طور تي گرينولر سلڪون ۽ پائوڊر سلڪون ۾ ورهايو ويو آهي، جيئن شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي.

سلڪون ڪاربائيڊ جي سنٿيسس جا تجربا ڪرڻ لاءِ مختلف سلڪون خام مال استعمال ڪيا ويا. مصنوعي شين جو مقابلو شڪل 4 ۾ ڏيکاريو ويو آهي. تجزيو ڏيکاري ٿو ته بلاڪ سلڪون خام مال استعمال ڪرڻ وقت، پيداوار ۾ Si عنصرن جي وڏي مقدار موجود هوندي آهي. سلڪون بلاڪ کي ٻئي دفعي ڪٽڻ کان پوءِ، مصنوعي پيداوار ۾ Si عنصر خاص طور تي گهٽجي ويندو آهي، پر اهو اڃا تائين موجود آهي. آخرڪار، سلڪون پائوڊر سنٿيسس لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ۽ صرف SiC پيداوار ۾ موجود هوندو آهي. اهو ئي سبب آهي ته پيداوار جي عمل ۾، وڏي سائيز جي گرينولر سلڪون کي پهرين مٿاڇري جي سنٿيسس جي رد عمل مان گذرڻو پوندو آهي، ۽ سلڪون ڪاربائيڊ کي مٿاڇري تي سنٿيسس ڪيو ويندو آهي، جيڪو اندروني Si پائوڊر کي C پائوڊر سان وڌيڪ ملائڻ کان روڪيندو آهي. تنهن ڪري، جيڪڏهن بلاڪ سلڪون کي خام مال طور استعمال ڪيو وڃي ٿو، ته ان کي ڪرسٽل جي واڌ لاءِ سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر حاصل ڪرڻ لاءِ ڪرسٽل جي واڌ ويجهه لاءِ سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر حاصل ڪرڻ لاءِ ان کي ڪرش ڪرڻ ۽ پوءِ ثانوي سنٿيسس جي عمل جي تابع ڪرڻ جي ضرورت آهي.

 

2.2 پائوڊر ڪرسٽل فارم ڪنٽرول

 

2.2.1 سنٿيسس جي گرمي پد جو اثر

ٻين عمل جي حالتن کي تبديل نه ڪندي، سنٿيسس جو گرمي پد 1500 ℃، 1700 ℃، 1900 ℃، ۽ 2100 ℃ آهي، ۽ پيدا ٿيل SiC پائوڊر کي نموني ۽ تجزيو ڪيو ويندو آهي. جيئن شڪل 5 ۾ ڏيکاريل آهي، β-SiC مٽيءَ جو پيلو آهي، ۽ α-SiC رنگ ۾ هلڪو آهي. سنٿيسس ٿيل پائوڊر جي رنگ ۽ مورفولوجي کي ڏسڻ سان، اهو طئي ڪري سگهجي ٿو ته سنٿيسس ٿيل پيداوار 1500 ℃ ۽ 1700 ℃ جي گرمي پد تي β-SiC آهي. 1900 ℃ تي، رنگ هلڪو ٿي ويندو آهي، ۽ هيڪساگونل ذرات ظاهر ٿيندا آهن، اهو ظاهر ڪري ٿو ته گرمي پد 1900 ℃ تائين وڌڻ کان پوءِ، هڪ مرحلو منتقلي ٿيندي آهي، ۽ β-SiC جو حصو α-SiC ۾ تبديل ٿي ويندو آهي؛ جڏهن گرمي پد 2100 ℃ تائين وڌندو رهي ٿو، ته اهو معلوم ٿئي ٿو ته سنٿيسس ٿيل ذرڙا شفاف آهن، ۽ α-SiC بنيادي طور تي تبديل ٿي چڪو آهي.

 

2.2.2 سنٿيسس وقت جو اثر

ٻيون عمل جون حالتون تبديل نه ٿيون ٿين، ۽ سنٿيسس جو وقت ترتيب وار 4 ڪلاڪ، 8 ڪلاڪ ۽ 12 ڪلاڪ مقرر ڪيو ويو آهي. پيدا ٿيل SiC پائوڊر کي ڊفريڪٽوميٽر (XRD) ذريعي نموني ۽ تجزيو ڪيو ويندو آهي. نتيجا شڪل 6 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. سنٿيسس جو وقت SiC پائوڊر پاران سنٿيسس ڪيل پيداوار تي هڪ خاص اثر رکي ٿو. جڏهن سنٿيسس جو وقت 4 ڪلاڪ ۽ 8 ڪلاڪ هوندو آهي، ته مصنوعي پيداوار بنيادي طور تي 6H-SiC هوندي آهي؛ جڏهن سنٿيسس جو وقت 12 ڪلاڪ هوندو آهي، ته پيداوار ۾ 15R-SiC ظاهر ٿيندو آهي.

 

2.2.3 خام مال جي تناسب جو اثر

ٻيا عمل تبديل نه ٿيندا رهن ٿا، سلڪون-ڪاربن مادن جي مقدار جو تجزيو ڪيو ويندو آهي، ۽ تناسب ترتيب وار 1.00، 1.05، 1.10 ۽ 1.15 آهن سنٿيسس تجربن لاءِ. نتيجا شڪل 7 ۾ ڏيکاريا ويا آهن.

XRD اسپيڪٽرم مان، اهو ڏسي سگهجي ٿو ته جڏهن سلڪون-ڪاربن تناسب 1.05 کان وڌيڪ هوندو آهي، ته پيداوار ۾ اضافي Si ظاهر ٿيندو آهي، ۽ جڏهن سلڪون-ڪاربن تناسب 1.05 کان گهٽ هوندو آهي، ته اضافي C ظاهر ٿيندو آهي. جڏهن سلڪون-ڪاربن تناسب 1.05 هوندو آهي، ته مصنوعي پيداوار ۾ مفت ڪاربن بنيادي طور تي ختم ٿي ويندو آهي، ۽ ڪو به مفت سلڪون ظاهر نه ٿيندو آهي. تنهن ڪري، اعليٰ پاڪائي واري SiC کي گڏ ڪرڻ لاءِ سلڪون-ڪاربن تناسب جو مقدار تناسب 1.05 هجڻ گهرجي.

 

2.3 پائوڊر ۾ گھٽ نائٽروجن جي مقدار جو ڪنٽرول

2.3.1 مصنوعي خام مال

هن تجربي ۾ استعمال ٿيندڙ خام مال اعليٰ پاڪائي ڪاربن پائوڊر ۽ اعليٰ پاڪائي سلڪون پائوڊر آهن جن جو وچين قطر 20 μm آهي. انهن جي ننڍڙي ذرڙي جي سائيز ۽ وڏي مخصوص مٿاڇري واري علائقي جي ڪري، اهي هوا ۾ N2 جذب ڪرڻ ۾ آسان آهن. پائوڊر کي سنٿيسائيز ڪرڻ وقت، ان کي پائوڊر جي ڪرسٽل شڪل ۾ آندو ويندو. N-قسم جي ڪرسٽل جي واڌ ويجهه لاءِ، پائوڊر ۾ N2 جي غير مساوي ڊوپنگ ڪرسٽل جي غير مساوي مزاحمت ۽ ڪرسٽل شڪل ۾ به تبديلي جو سبب بڻجندي آهي. هائيڊروجن متعارف ڪرائڻ کان پوءِ سنٿيسائيز ٿيل پائوڊر جو نائٽروجن مواد تمام گهٽ هوندو آهي. اهو ئي سبب آهي جو هائيڊروجن ماليڪيولز جو مقدار ننڍو هوندو آهي. جڏهن ڪاربن پائوڊر ۽ سلڪون پائوڊر ۾ جذب ​​ٿيل N2 کي گرم ڪيو ويندو آهي ۽ مٿاڇري تان سڙي ويندو آهي، ته H2 مڪمل طور تي پائوڊر جي وچ ۾ خال ۾ پنهنجي ننڍڙي مقدار سان ڦهلجي ويندو آهي، N2 جي پوزيشن کي تبديل ڪري ٿو، ۽ N2 ويڪيوم عمل دوران ڪرسيبل مان نڪري ويندو آهي، نائٽروجن مواد کي هٽائڻ جو مقصد حاصل ڪندي.

 

2.3.2 سنٿيسس جو عمل

سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر جي ٺهڻ دوران، ڇاڪاڻ ته ڪاربن ايٽم ۽ نائٽروجن ايٽم جو ريڊيس هڪجهڙو هوندو آهي، نائٽروجن سلڪون ڪاربائيڊ ۾ ڪاربن جي خالي جڳهن کي تبديل ڪندو، ان ڪري نائٽروجن جو مواد وڌندو. هي تجرباتي عمل H2 متعارف ڪرائڻ جو طريقو اختيار ڪندو آهي، ۽ H2 ڪاربن ۽ سلڪون عنصرن سان رد عمل ڪري سنٿيسس ڪروسيبل ۾ C2H2، C2H، ۽ SiH گيس پيدا ڪندو آهي. ڪاربن عنصر جو مواد گئس فيز ٽرانسميشن ذريعي وڌي ٿو، ان ڪري ڪاربن جي خالي جڳهن کي گهٽائي ٿو. نائٽروجن کي هٽائڻ جو مقصد حاصل ڪيو ويندو آهي.

 

2.3.3 پروسيس پس منظر نائٽروجن مواد ڪنٽرول

وڏي پورسيٽي سان گريفائيٽ ڪروسيبلز کي اضافي C ذريعن طور استعمال ڪري سگھجي ٿو ته جيئن گئس فيز جي حصن ۾ Si بخارات جذب ڪري سگھجن، گئس فيز جي حصن ۾ Si کي گھٽائي سگھجي، ۽ اھڙي طرح C/Si کي وڌايو وڃي. ساڳئي وقت، گريفائيٽ ڪروسيبلز Si ماحول سان رد عمل ڪري Si2C، SiC2 ۽ SiC پيدا ڪري سگھن ٿا، جيڪو Si ماحول جي برابر آهي جيڪو گريفائيٽ ڪروسيبل مان C ذريعو کي واڌ واري ماحول ۾ آڻيندو آهي، C تناسب وڌائيندو آهي، ۽ ڪاربن-سلڪون تناسب پڻ وڌائيندو آهي. تنهن ڪري، ڪاربن-سلڪون تناسب کي وڏي پورسيٽي سان گريفائيٽ ڪروسيبلز استعمال ڪندي، ڪاربن جي خالي جاءِ کي گھٽائي، ۽ نائٽروجن کي ختم ڪرڻ جو مقصد حاصل ڪري وڌائي سگھجي ٿو.

 

3 سنگل ڪرسٽل پائوڊر جي جوڙجڪ جي عمل جو تجزيو ۽ ڊيزائن

 

3.1 سنٿيسس جي عمل جو اصول ۽ ڊيزائن

مٿي ذڪر ڪيل جامع مطالعي ذريعي، پاؤڊر جي جوڙجڪ جي ذرڙن جي سائيز، ڪرسٽل فارم ۽ نائٽروجن مواد جي ڪنٽرول تي، هڪ جوڙجڪ جو عمل تجويز ڪيو ويو آهي. اعليٰ پاڪائي واري سي پائوڊر ۽ سي پائوڊر کي چونڊيو ويندو آهي، ۽ انهن کي هڪجهڙائي سان ملايو ويندو آهي ۽ 1.05 جي سلڪون-ڪاربن تناسب مطابق گريفائيٽ ڪروسيبل ۾ لوڊ ڪيو ويندو آهي. عمل جا مرحلا بنيادي طور تي چئن مرحلن ۾ ورهايل آهن:
1) گھٽ درجه حرارت واري ڊي نائٽريفڪيشن جو عمل، 5×10-4 Pa تائين ويڪيومنگ، پوءِ هائيڊروجن متعارف ڪرائڻ، چيمبر جو دٻاءُ تقريباً 80 kPa ڪرڻ، 15 منٽن تائين برقرار رکڻ، ۽ چار ڀيرا ورجائڻ. هي عمل ڪاربان پائوڊر ۽ سلڪون پائوڊر جي مٿاڇري تي نائٽروجن عنصرن کي ختم ڪري سگهي ٿو.
2) تيز گرمي پد ڊي نائٽريفڪيشن عمل، 5×10-4 Pa تائين ويڪيومنگ، پوءِ 950 ℃ تائين گرم ڪرڻ، ۽ پوءِ هائيڊروجن متعارف ڪرائڻ، چيمبر جو دٻاءُ تقريباً 80 kPa ڪرڻ، 15 منٽن تائين برقرار رکڻ، ۽ چار ڀيرا ورجائڻ. هي عمل ڪاربان پائوڊر ۽ سلڪون پائوڊر جي مٿاڇري تي نائٽروجن عنصرن کي هٽائي سگهي ٿو، ۽ گرمي جي ميدان ۾ نائٽروجن کي هلائي سگهي ٿو.
3) گھٽ درجه حرارت واري مرحلي جي عمل جي سنٿيسس، 5×10-4 Pa تائين خالي ڪريو، پوءِ 1350℃ تائين گرم ڪريو، 12 ڪلاڪن تائين رکو، پوءِ هائيڊروجن متعارف ڪرايو ته جيئن چيمبر جو دٻاءُ 80 kPa ٿئي، 1 ڪلاڪ لاءِ رکو. هي عمل سنٿيسس جي عمل دوران غير مستحڪم نائٽروجن کي ختم ڪري سگهي ٿو.
4) اعليٰ درجه حرارت واري مرحلي جي عمل جي سنٿيسس، اعليٰ پاڪائي واري هائيڊروجن ۽ آرگن مخلوط گئس جي هڪ خاص گئس جي مقدار جي وهڪري جي تناسب سان ڀريو، چيمبر جو دٻاءُ تقريباً 80 kPa ڪريو، گرمي پد 2100 ℃ تائين وڌايو، 10 ڪلاڪن تائين رکو. هي عمل سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر جي β-SiC کان α-SiC ۾ تبديلي کي مڪمل ڪري ٿو ۽ ڪرسٽل ذرڙن جي واڌ کي مڪمل ڪري ٿو.
آخرڪار، چيمبر جي گرمي پد کي ڪمري جي حرارت تي ٿڌو ڪرڻ جو انتظار ڪريو، هوا جي دٻاءُ تي ڀريو، ۽ پائوڊر ڪڍو.

 

3.2 پائوڊر پوسٽ پروسيسنگ عمل

مٿي ڏنل عمل ذريعي پائوڊر جي سنٿيسائزيشن ٿيڻ کان پوءِ، ان کي پوسٽ پروسيس ڪيو وڃي ته جيئن مفت ڪاربن، سلڪون ۽ ٻين ڌاتو جي نجاست کي ختم ڪري سگهجي ۽ ذرڙن جي سائيز کي اسڪرين ڪري سگهجي. پهرين، سنٿيسائز ٿيل پائوڊر کي ڪرشنگ لاءِ بال مل ۾ رکيو ويندو آهي، ۽ ڪرش ٿيل سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر کي مفل فرنس ۾ رکيو ويندو آهي ۽ آڪسيجن ذريعي 450 ° C تي گرم ڪيو ويندو آهي. پائوڊر ۾ موجود مفت ڪاربن کي گرمي سان آڪسائيڊ ڪيو ويندو آهي ته جيئن ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ گئس پيدا ٿئي جيڪا چيمبر مان نڪرندي آهي، اهڙي طرح مفت ڪاربن کي ختم ڪرڻ حاصل ڪيو ويندو آهي. بعد ۾، هڪ تيزابي صفائي مائع تيار ڪيو ويندو آهي ۽ سلڪون ڪاربائيڊ پارٽيڪل ڪليننگ مشين ۾ صفائي لاءِ رکيو ويندو آهي ته جيئن سنٿيسيشن جي عمل دوران پيدا ٿيندڙ ڪاربن، سلڪون ۽ باقي ڌاتو جي نجاست کي ختم ڪري سگهجي. ان کان پوءِ، باقي تيزاب کي خالص پاڻي ۾ ڌوئي خشڪ ڪيو ويندو آهي. خشڪ پائوڊر کي ڪرسٽل جي واڌ لاءِ ذرڙن جي سائيز جي چونڊ لاءِ وائبريٽنگ اسڪرين ۾ اسڪرين ڪيو ويندو آهي.