Ceirmeag Silicon Carbide an aghaidh Silicon Carbide Semiconductor: An aon stuth le dà dhàn sònraichte

1. Riatanasan Purrachd Eadar-dhealaichte airson Stuthan Amh

 

Tha riatanasan purrachd caran socair aig SiC ìre ceirmeagach airson a stuth amh pùdarrach. Mar as trice, faodaidh toraidhean ìre malairteach le purrachd 90%-98% coinneachadh ri a’ mhòr-chuid de fheumalachdan tagraidh, ged a dh’ fhaodadh gum bi feum aig ceirmeag structarail àrd-choileanaidh air purrachd 98%-99.5% (me, feumaidh SiC ceangailte ri ath-bhualadh susbaint silicon saor fo smachd). Bidh e a’ fulang neo-chunbhalachdan sònraichte agus uaireannan bidh e a’ toirt a-steach stuthan-cuideachaidh sintering leithid alùmanum ocsaid (Al₂O₃) no ittrium ocsaid (Y₂O₃) gu saor gus coileanadh sintering a leasachadh, teòthachd sintering a lughdachadh, agus dùmhlachd toraidh deireannach a mheudachadh.

 

Tha SiC ìre leth-sheoltaiche ag iarraidh ìrean purrachd faisg air foirfe. Tha SiC criostail singilte ìre fo-strat ag iarraidh purrachd ≥99.9999% (6N), le cuid de thagraidhean àrd-ìre a’ feumachdainn purrachd 7N (99.99999%). Feumaidh sreathan epitaxial dùmhlachd neo-ghlainead a chumail fo 10¹⁶ ataman/cm³ (gu sònraichte a’ seachnadh neo-ghlaineadan domhainn leithid B, Al, agus V). Eadhon neo-ghlaineadan beaga leithid iarann (Fe), alùmanum (Al), no boron (B) faodaidh buaidh mhòr a thoirt air feartan dealain le bhith ag adhbhrachadh sgapadh giùlan, a’ lughdachadh neart achaidh briseadh sìos, agus mu dheireadh a’ cur coileanadh agus earbsachd innealan ann an cunnart, a’ feumachdainn smachd teann air neo-ghlainead.

 

Stuth leth-chonnsachaidh silicon carbide

 

2. Structaran agus Càileachd Criostail Sònraichte

 

Tha SiC ìre ceirmeagach ann sa mhòr-chuid mar phùdar polycrystalline no cuirp shintéirichte air an dèanamh suas de ghrunn mhicro-chriostalan SiC air an stiùireadh air thuaiream. Faodaidh iomadh polytype (me, α-SiC, β-SiC) a bhith anns an stuth gun smachd teann air polytypes sònraichte, le cuideam an àite sin air dùmhlachd agus cunbhalachd iomlan an stuth. Tha crìochan gràin pailt agus pores microscopach anns an structar a-staigh aige, agus faodaidh stuthan-cuideachaidh shintéireachaidh a bhith ann (me, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

Feumaidh SiC ìre leth-sheoltaiche a bhith nan fo-stratan criostail singilte no nan sreathan epitaxial le structaran criostail air an òrdachadh gu math. Feumaidh e polytypes sònraichte a gheibhear tro dhòighean fàis criostail mionaideach (me, 4H-SiC, 6H-SiC). Tha feartan dealain leithid gluasad electron agus beàrn còmhlain gu math mothachail air taghadh polytype, agus mar sin feumar smachd teann a chumail orra. An-dràsta, tha 4H-SiC a’ faighinn làmh an uachdair air a’ mhargaidh air sgàth nan feartan dealain nas fheàrr aige, a’ gabhail a-steach gluasad giùlain àrd agus neart achaidh briseadh sìos, ga dhèanamh freagarrach airson innealan cumhachd.

 

3. Coimeas Iom-fhillteachd Pròiseas

 

Bidh SiC ìre ceirmeag a’ cleachdadh phròiseasan saothrachaidh caran sìmplidh (ullachadh pùdar → cruthachadh → sintering), coltach ri “dèanamh bhreigichean.” Tha am pròiseas a’ toirt a-steach:

 

• A’ measgachadh pùdar SiC ìre malairteach (mar as trice meud micron) le luchd-ceangail
• A’ cruthachadh tro bhith a’ brùthadh
• Sinteradh aig teòthachd àrd (1600-2200°C) gus dùmhlachd a choileanadh tro sgaoileadh mìrean
  Faodar a’ mhòr-chuid de thagraidhean a shàsachadh le dùmhlachd >90%. Chan eil feum air smachd mionaideach air fàs criostail airson a’ phròiseas gu lèir, agus an àite sin tha fòcas air cunbhalachd cruthachadh is sintering. Am measg nam buannachdan tha sùbailteachd pròiseas airson cumaidhean iom-fhillte, ged a tha riatanasan purrachd an ìre mhath nas ìsle ann.

 

Tha pròiseasan fada nas iom-fhillte an lùib SiC ìre leth-sheoltaiche (ullachadh pùdar àrd-ghlan → fàs fo-strat aon-chriostail → tasgadh uaifearan epitaxial → saothrachadh innealan). Am measg nam prìomh cheumannan tha:

 

• Ullachadh fo-strat sa mhòr-chuid tro dhòigh còmhdhail smùid corporra (PVT)
• Sublimation pùdar SiC ann an suidheachaidhean fìor anabarrach (2200-2400°C, falamh àrd)
• Smachd mionaideach air claonaidhean teòthachd (±1°C) agus paramadairean cuideam
• Fàs sreath epitaxial tro thasgadh smùid ceimigeach (CVD) gus sreathan tiugh, le dopadh a chruthachadh (mar as trice grunn gu deichean de mhicronan)
  Tha feum aig a’ phròiseas gu lèir air àrainneachdan fìor-ghlan (me, seòmraichean-glan Clas 10) gus casg a chur air truailleadh. Am measg nan feartan tha mionaideachd mhòr sa phròiseas, a dh’ fheumas smachd air raointean teirmeach agus ìrean sruthadh gas, le riatanasan teann airson purrachd stuthan amh (>99.9999%) agus iom-fhillteachd uidheamachd.

 

4. Eadar-dhealachaidhean cudromach ann an cosgaisean agus treòrachadh margaidh

 

Feartan SiC ìre ceirmeagach:

• Stuth amh: Pùdar ìre malairteach
• Pròiseasan caran sìmplidh
• Cosgais ìosal: mìltean gu deichean de mhìltean RMB gach tunna
• Cleachdaidhean farsaing: Sgrìoban, stuthan teas-dhìonach, agus gnìomhachasan eile a tha mothachail air cosgais

 

Feartan SiC ìre leth-sheoltaiche:

• Cearcallan fàis fo-strat fada
• Smachd lochdan dùbhlanach
• Ìrean toraidh ìosal
• Cosgais àrd: mìltean de USD gach fo-strat 6-òirleach
• Margaidhean fòcasach: Eileagtronaig àrd-choileanaidh leithid innealan cumhachd agus co-phàirtean RF
  Le leasachadh luath charbadan lùtha ùra agus conaltradh 5G, tha iarrtas a’ mhargaidh a’ fàs gu luath.

 

5. Suidheachaidhean Iarrtais Eadar-dhealaichte

 

Tha SiC ìre ceirmeagach na “each-obrach gnìomhachais” sa mhòr-chuid airson cleachdaidhean structarail. Le bhith a’ cleachdadh a fheartan meacanaigeach sàr-mhath (cruas àrd, strì an aghaidh caitheamh) agus feartan teirmeach (strì an aghaidh teòthachd àrd, strì an aghaidh ocsaideachaidh), tha e air leth math ann an:

 

• Stuthan sgrìobach (cuibhlichean bleith, pàipear-gainmhich)
• Stuthan teas-dhìonach (lìnigeadh àmhainn àrd-teòthachd)
• Co-phàirtean a tha an aghaidh caitheamh/creimeadh (cuirp pumpa, lìnigeadh phìoban)

 

Co-phàirtean structarail ceirmeag silicon carbide

 

Bidh SiC ìre leth-sheoltaiche ag obair mar an “elite dealanach”, a’ cleachdadh a fheartan leth-sheoltaiche beàrn-bann farsaing gus buannachdan sònraichte a nochdadh ann an innealan dealanach:

 

• Innealan cumhachd: innealan-tionndaidh EV, innealan-tionndaidh lìonra (a’ leasachadh èifeachdas tionndaidh cumhachd)
• Innealan RF: stèiseanan bunaiteach 5G, siostaman radar (a’ comasachadh triceadan obrachaidh nas àirde)
• Optoelectronics: Stuth fo-strat airson LEDan gorma

 

Uabhar epitaxial SiC 200-milliméadar

 

Meud	SiC ìre-ceirmeach	SiC ìre leth-sheoltaiche
Structar criostail	Poile-chriostalach, iomadh seòrsa poile	Criostal singilte, polytypes air an taghadh gu teann
Fòcas Pròiseis	Dùmhlachadh agus smachd cumadh	Càileachd criostail agus smachd air seilbh dealain
Prìomhachas Coileanaidh	Neart meacanaigeach, strì an aghaidh creimeadh, seasmhachd teirmeach	Feartan dealain (beàrn-chòmhlain, raon briseadh-sìos, msaa.)
Suidheachaidhean Iarrtais	Pàirtean structarail, pàirtean a tha an aghaidh caitheamh, pàirtean a tha an aghaidh teòthachd àrd	Innealan àrd-chumhachd, innealan àrd-tricead, innealan optoelectronic
Draibhearan Cosgais	Sùbailteachd pròiseas, cosgais stuthan amh	Ìre fàis criostail, mionaideachd uidheamachd, purrachd stuthan amh

 

Mar gheàrr-chunntas, tha am prìomh eadar-dhealachadh a’ tighinn bho na h-adhbharan gnìomh sònraichte aca: bidh SiC ìre ceirmeag a’ cleachdadh “cruth (structar)” agus bidh SiC ìre leth-chonnsachaidh a’ cleachdadh “feartan (dealain)”. Tha a’ chiad fhear a’ sireadh coileanadh meacanaigeach/teirmeach cosg-èifeachdach, agus tha an tè mu dheireadh a’ riochdachadh mullach teicneòlas ullachaidh stuthan mar stuth gnìomh criostail singilte àrd-ghlan. Ged a tha an aon thùs ceimigeach aca, tha eadar-dhealachaidhean soilleir ann an purrachd, structar criostail, agus pròiseasan saothrachaidh aig SiC ìre ceirmeag agus ìre leth-chonnsachaidh - ach tha an dà chuid a’ dèanamh tabhartasan mòra do chinneasachadh gnìomhachais agus adhartas teicneòlach nan raointean fa leth.