Silicon Carbide Ceramics vs. Semiconductor Silicon Carbide: Zinthu Zomwezo ndi Mapeto Awiri Osiyana

1. Zofunikira Zoyera Zosiyanasiyana pa Zipangizo Zopangira

 

SiC ya ceramic-grade ili ndi zofunikira zochepa zoyera pa ufa wake. Kawirikawiri, zinthu zamalonda zokhala ndi chiyero cha 90%-98% zimatha kukwaniritsa zosowa zambiri zogwiritsidwa ntchito, ngakhale kuti zinthu za ceramic zogwirira ntchito bwino zingafunike chiyero cha 98%-99.5% (monga, SiC yolumikizidwa ndi reaction imafuna kuchuluka kwa silicon komwe kumayendetsedwa). Imalekerera zinthu zina zosafunika ndipo nthawi zina imagwiritsa ntchito mwadala zinthu zothandizira kusungunula monga aluminium oxide (Al₂O₃) kapena yttrium oxide (Y₂O₃) kuti iwonjezere magwiridwe antchito a kusungunula, kuchepetsa kutentha kwa kusungunula, ndikuwonjezera kuchuluka kwa zinthu zomaliza.

 

SiC ya semiconductor imafuna milingo yoyera bwino kwambiri. SiC ya kristalo imodzi ya substrate imafuna kuyera kwa ≥99.9999% (6N), ndipo ntchito zina zapamwamba zimafuna kuyera kwa 7N (99.99999%). Ma Epitaxial layers ayenera kusunga kuchuluka kwa kuipitsidwa pansi pa maatomu 10¹⁶/cm³ (makamaka kupewa kuipitsidwa kwakukulu monga B, Al, ndi V). Ngakhale kuipitsidwa kochepa monga chitsulo (Fe), aluminiyamu (Al), kapena boron (B) kumatha kukhudza kwambiri mphamvu zamagetsi poyambitsa kufalikira kwa chonyamulira, kuchepetsa mphamvu yamunda yosweka, ndipo pamapeto pake kumawononga magwiridwe antchito ndi kudalirika kwa chipangizocho, zomwe zimafuna kuwongolera kolimba kwa kuipitsidwa.

 

Zinthu za semiconductor za silicon carbide

 

2. Kapangidwe ka Makristalo Osiyana ndi Ubwino

 

SiC ya ceramic imapezeka makamaka ngati ufa wa polycrystalline kapena matupi opangidwa ndi ma microcrystals ambiri a SiC omwe amayendetsedwa mwachisawawa. Zinthuzo zitha kukhala ndi mitundu yosiyanasiyana ya polytypes (monga α-SiC, β-SiC) popanda kuwongolera kwambiri mitundu ina, m'malo mwake kugogomezera kuchuluka kwa zinthu zonse ndi kufanana kwake. Kapangidwe kake kamkati kali ndi malire ambiri a tirigu ndi ma pores ang'onoang'ono, ndipo kangakhale ndi zothandizira kuwononga (monga Al₂O₃, Y₂O₃).

 

SiC ya semiconductor iyenera kukhala ma substrates a kristalo imodzi kapena zigawo za epitaxial zokhala ndi mapangidwe a kristalo okonzedwa bwino. Imafuna mitundu yapadera ya polytypes yomwe imapezeka kudzera mu njira zolondola zokulira makristalo (monga 4H-SiC, 6H-SiC). Mphamvu zamagetsi monga kuyenda kwa ma electron ndi bandgap zimakhala zovuta kwambiri kusankha mitundu ya polytype, zomwe zimafuna kuwongolera kokhwima. Pakadali pano, 4H-SiC ikulamulira msika chifukwa cha mphamvu zake zamagetsi zapamwamba kuphatikiza kuyenda kwamphamvu kwa carrier ndi mphamvu ya field breakdown, zomwe zimapangitsa kuti ikhale yoyenera kugwiritsa ntchito zida zamagetsi.

 

3. Kuyerekeza kwa Kuvuta kwa Njira

 

SiC ya ceramic-grade imagwiritsa ntchito njira zosavuta zopangira (kukonzekera ufa → kupanga → kusungunula), mofanana ndi "kupanga njerwa." Njirayi imaphatikizapo:

 

• Kusakaniza ufa wa SiC wa mtundu wamalonda (kawirikawiri wa kukula kwa micron) ndi zomangira
• Kupanga kudzera mu kukanikiza
• Kutenthetsa kutentha kwambiri (1600-2200°C) kuti tinthu timeneti tipeze kukhuthala kudzera mu kufalikira kwa tinthu tating'onoting'ono
  Ntchito zambiri zimatha kukwaniritsidwa ndi kuchuluka kwa >90%. Njira yonseyi siifuna kuwongolera bwino kukula kwa kristalo, m'malo mwake kuyang'ana kwambiri pakupanga ndi kusinthasintha kwa zinthu. Ubwino wake ndi monga kusinthasintha kwa njira yopangira mawonekedwe ovuta, ngakhale kuti ali ndi zofunikira zochepa zoyera.

 

SiC ya semiconductor-grade imakhudza njira zovuta kwambiri (kukonzekera ufa woyera kwambiri → kukula kwa substrate ya kristalo imodzi → kuyika kwa epitaxial wafer → kupanga chipangizo). Njira zazikulu ndi izi:

 

• Kukonzekera kwa substrate makamaka kudzera mu njira yoyendera nthunzi yeniyeni (PVT).
• Kupopera ufa wa SiC pamlingo wovuta kwambiri (2200-2400°C, vacuum yambiri)
• Kuwongolera molondola kutentha (±1°C) ndi magawo a kuthamanga kwa magazi
• Kukula kwa zigawo za Epitaxial kudzera mu chemical vapor deposition (CVD) kuti apange zigawo zokhuthala mofanana (nthawi zambiri ma microns angapo mpaka makumi ambiri)
  Njira yonseyi imafuna malo oyera kwambiri (monga zipinda zoyera za Class 10) kuti apewe kuipitsidwa. Zizindikiro zake zimaphatikizapo kulondola kwambiri kwa njira, kufunikira kuwongolera kutentha ndi kuchuluka kwa mpweya wotuluka, ndi zofunikira kwambiri kuti zinthu zopangira zikhale zoyera (>99.9999%) komanso kuti zipangizo zikhale zofewa.

 

4. Kusiyana Kwambiri kwa Mtengo ndi Malingaliro a Msika

 

Zinthu za SiC ya Ceramic-grade:

• Zipangizo zopangira: Ufa wamalonda
• Njira zosavuta
• Mtengo wotsika: RMB pa tani imodzi mpaka zikwi makumi ambiri
• Ntchito zazikulu: Zopopera, zopopera, ndi mafakitale ena omwe amawononga ndalama zambiri

 

Makhalidwe a SiC ya semiconductor-grade:

• Kukula kwa nthawi yayitali kwa nthaka
• Kuwongolera zolakwika zovuta
• Mitengo yotsika ya zokolola
• Mtengo wokwera: Madola zikwizikwi pa gawo lililonse la mainchesi 6
• Misika yokhazikika: Zamagetsi zogwira ntchito kwambiri monga zida zamagetsi ndi zida za RF
  Ndi chitukuko chachangu cha magalimoto atsopano amphamvu ndi mauthenga a 5G, kufunikira kwa msika kukukulirakulira kwambiri.

 

5. Zochitika Zosiyanasiyana Zogwiritsira Ntchito

 

SiC ya ceramic-grade imagwira ntchito ngati "kavalo wogwira ntchito m'mafakitale" makamaka pa ntchito za kapangidwe kake. Pogwiritsa ntchito mphamvu zake zabwino kwambiri zamakanika (kuuma kwambiri, kukana kukalamba) ndi mphamvu zake zotentha (kukana kutentha kwambiri, kukana kukhuthala kwa okosijeni), imachita bwino kwambiri mu:

 

• Zopukutira (mawilo opukutira, sandpaper)
• Zoziziritsa kukhosi (zophimba uvuni zotentha kwambiri)
• Zinthu zosagwira dzimbiri/kuwonongeka (matupi a mapampu, mapaipi olumikizirana)

 

Zigawo za kapangidwe ka ceramic za silicon carbide

 

SiC ya semiconductor-grade imagwira ntchito ngati "electronic elite," imagwiritsa ntchito mawonekedwe ake akuluakulu a semiconductor kuti iwonetse zabwino zapadera pazida zamagetsi:

 

• Zipangizo zamagetsi: Ma inverters amagetsi, ma gridi osinthira magetsi (kukweza magwiridwe antchito osinthira magetsi)
• Zipangizo za RF: malo oyambira a 5G, makina a radar (othandizira ma frequency apamwamba ogwirira ntchito)
• Zipangizo zamagetsi: Zipangizo zapansi pa nthaka za ma LED abuluu

 

Wafer wa SiC epitaxial wa mamilimita 200

 

Kukula	SiC ya ceramic grade	SiC ya semiconductor-grade
Kapangidwe ka Crystal	Polycrystalline, mitundu yambirimbiri	Magalasi amodzi, ma polytype osankhidwa mosamala
Kuyang'ana pa Njira	Kuchulukana ndi kuwongolera mawonekedwe	Ubwino wa kristalo ndi kuwongolera katundu wamagetsi
Kufunika Kwambiri pa Kuchita Bwino	Mphamvu ya makina, kukana dzimbiri, kukhazikika kwa kutentha	Katundu wamagetsi (kugawanika kwa bandgap, malo owonongeka, ndi zina zotero)
Zochitika Zogwiritsira Ntchito	Zigawo zomangira, zigawo zosatha, zigawo zotentha kwambiri	Zipangizo zamagetsi amphamvu kwambiri, zipangizo zamagetsi zamagetsi, zipangizo zamagetsi zamagetsi
Madalaivala a Mtengo	Kusinthasintha kwa njira, mtengo wa zinthu zopangira	Kukula kwa kristalo, kulondola kwa zida, kuyera kwa zinthu zopangira

 

Mwachidule, kusiyana kwakukulu kumachokera ku ntchito zawo zosiyana: SiC ya ceramic-grade imagwiritsa ntchito "mawonekedwe (kapangidwe)" pomwe SiC ya semiconductor-grade imagwiritsa ntchito "katundu (wamagetsi)." Yoyamba imagwiritsa ntchito makina/mafuta otsika mtengo, pomwe yomaliza ikuyimira ukadaulo wapamwamba kwambiri wokonzekera zinthu monga zinthu zoyera kwambiri, zogwira ntchito za kristalo imodzi. Ngakhale zili ndi chiyambi chofanana cha mankhwala, SiC ya ceramic-grade ndi semiconductor-grade imasonyeza kusiyana koonekeratu mu chiyero, kapangidwe ka kristalo, ndi njira zopangira - komabe zonse ziwiri zimapereka chithandizo chofunikira pakupanga mafakitale ndi kupita patsogolo kwaukadaulo m'magawo awo.