Սիլիցիումի կարբիդի պատմություն և սիլիցիումի կարբիդի ծածկույթի կիրառում

Սիլիցիումի կարբիդի (SiC) մշակում և կիրառում

1. Նորարարության դար SiC-ում
Սիլիցիումի կարբիդի (SiC) ճանապարհորդությունը սկսվեց 1893 թվականին, երբ Էդվարդ Գուդրիխ Աչեսոնը նախագծեց Աչեսոնի վառարանը՝ օգտագործելով ածխածնային նյութեր՝ SiC-ի արդյունաբերական արտադրությանը հասնելու համար քվարցի և ածխածնի էլեկտրական ջեռուցման միջոցով: Այս գյուտը նշանավորեց SiC-ի արդյունաբերականացման սկիզբը և Աչեսոնին արտոնագիր ստացավ:

20-րդ դարի սկզբին SiC-ը հիմնականում օգտագործվում էր որպես հղկող նյութ՝ շնորհիվ իր ուշագրավ կարծրության և մաշվածության դիմադրության: 20-րդ դարի կեսերին քիմիական գոլորշիների նստեցման (CVD) տեխնոլոգիայի առաջընթացը բացեց նոր հնարավորություններ: Bell Labs-ի հետազոտողները՝ Ռուստում Ռոյի գլխավորությամբ, հիմք դրեցին CVD SiC-ի համար՝ ձեռք բերելով գրաֆիտի մակերեսների առաջին SiC ծածկույթները:

1970-ականներին մեծ առաջընթաց գրանցվեց, երբ Union Carbide Corporation-ը կիրառեց SiC-ով ծածկված գրաֆիտ գալիումի նիտրիդ (GaN) կիսահաղորդչային նյութերի էպիտաքսիալ աճի մեջ: Այս առաջընթացը առանցքային դեր խաղաց բարձր արդյունավետությամբ GaN-ի վրա հիմնված LED-ների և լազերների մեջ: Տասնամյակների ընթացքում SiC ծածկույթներն ընդլայնվել են կիսահաղորդիչների սահմաններից դուրս՝ կիրառելով օդատիեզերական, ավտոմոբիլային և ուժային էլեկտրոնիկայի ոլորտում՝ շնորհիվ արտադրական տեխնիկայի բարելավման:

Այսօր այնպիսի նորարարություններ, ինչպիսիք են ջերմային ցողումը, PVD-ն և նանոտեխնոլոգիան, ավելի են բարելավում SiC ծածկույթների գործունակությունն ու կիրառությունը՝ ցուցադրելով դրա ներուժը նորագույն ոլորտներում:

2. Հասկանալով SiC-ի բյուրեղային կառուցվածքները և օգտագործումը
SiC-ն ունի ավելի քան 200 պոլիտիպ, որոնք ըստ իրենց ատոմային դասավորության դասակարգվում են խորանարդ (3C), վեցանկյուն (H) և ռոմբոեդրային (R) կառուցվածքների: Դրանցից 4H-SiC-ը և 6H-SiC-ը լայնորեն օգտագործվում են համապատասխանաբար բարձր էներգիայի և օպտոէլեկտրոնային սարքերում, մինչդեռ β-SiC-ը գնահատվում է իր բարձր ջերմային հաղորդունակության, մաշվածության դիմադրության և կոռոզիոն դիմադրության համար:

β-SiCեզակի հատկություններ, ինչպիսիք են ջերմային հաղորդունակությունը120-200 W/m·Kև ջերմային ընդարձակման գործակիցը, որը սերտորեն համընկնում է գրաֆիտի հետ, այն դարձնում է նախընտրելի նյութը մակերևույթի ծածկույթների համար վաֆլի էպիտաքսիայի սարքավորումներում:

3. SiC ծածկույթներ. հատկություններ և պատրաստման տեխնիկա
SiC ծածկույթները, սովորաբար β-SiC-ը, լայնորեն կիրառվում են մակերեսային հատկությունները բարելավելու համար, ինչպիսիք են կարծրությունը, մաշվածության դիմադրությունը և ջերմային կայունությունը: Պատրաստման ընդհանուր մեթոդները ներառում են.

• Քիմիական գոլորշիների նստեցում (CVD):Ապահովում է բարձրորակ ծածկույթներ՝ գերազանց կպչունությամբ և միատեսակությամբ, իդեալական խոշոր և բարդ ենթաշերտերի համար:
• Ֆիզիկական գոլորշիների նստեցում (PVD):Ապահովում է ծածկույթի կազմի ճշգրիտ վերահսկում, որը հարմար է բարձր ճշգրտության կիրառությունների համար:
• Spraying Techniques, Electrochemical Deposition, and Slurry Coating: Ծառայել որպես ծախսարդյունավետ այլընտրանքներ հատուկ ծրագրերի համար, թեև կպչունության և միատեսակության տարբեր սահմանափակումներով:

Յուրաքանչյուր մեթոդ ընտրվում է հիմք ընդունելով ենթաշերտի բնութագրերը և կիրառման պահանջները:

4. SiC- ծածկված գրաֆիտի ընկալիչներ MOCVD-ում
SiC-ով ծածկված գրաֆիտի ընկալիչները անփոխարինելի են մետաղական օրգանական քիմիական գոլորշիների նստվածքում (MOCVD), որը կիսահաղորդչային և օպտոէլեկտրոնային նյութերի արտադրության առանցքային գործընթաց է:

Այս ընկալիչները կայուն աջակցություն են ապահովում էպիտաքսիալ թաղանթի աճին, ապահովելով ջերմային կայունություն և նվազեցնելով աղտոտվածությունը: SiC ծածկույթը նաև բարձրացնում է օքսիդացման դիմադրությունը, մակերևույթի հատկությունները և միջերեսի որակը, ինչը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ վերահսկել ֆիլմի աճի ընթացքում:

5. Առաջընթաց դեպի ապագա
Վերջին տարիներին զգալի ջանքեր են գործադրվել SiC-ով ծածկված գրաֆիտի ենթաշերտերի արտադրական գործընթացների բարելավման ուղղությամբ: Հետազոտողները կենտրոնանում են ծածկույթի մաքրության, միատեսակության և կյանքի տևողության բարձրացման վրա՝ միաժամանակ նվազեցնելով ծախսերը: Բացի այդ, նորարարական նյութերի ուսումնասիրությունը, ինչպեստանտալի կարբիդ (TaC) ծածկույթներառաջարկում է ջերմային հաղորդունակության և կոռոզիոն դիմադրության հնարավոր բարելավումներ՝ ճանապարհ հարթելով հաջորդ սերնդի լուծումների համար:

Քանի որ SiC-ով ծածկված գրաֆիտի ընկալիչների պահանջարկը շարունակում է աճել, խելացի արտադրության և արդյունաբերական մասշտաբի արտադրության առաջընթացը հետագայում կաջակցի բարձրորակ արտադրանքի զարգացմանը՝ կիսահաղորդչային և օպտոէլեկտրոնիկայի արդյունաբերության զարգացող կարիքները բավարարելու համար: