Silicon Carbide Ceramics dhidi ya Semiconductor Silicon Carbide: Nyenzo Sawa yenye Hatima Mbili Tofauti

1. Mahitaji Tofauti ya Usafi kwa Malighafi

 

SiC ya daraja la kauri ina mahitaji madogo ya usafi kwa malisho yake ya unga. Kwa kawaida, bidhaa za kiwango cha kibiashara zenye ubora wa 90% -98% zinaweza kukidhi mahitaji mengi ya programu, ingawa kauri za muundo wa utendakazi wa hali ya juu zinaweza kuhitaji usafi wa 98% -99.5% (kwa mfano, SiC iliyounganishwa na athari inahitaji maudhui ya silicon isiyolipishwa yaliyodhibitiwa). Inastahimili uchafu fulani na wakati mwingine hujumuisha kwa makusudi vifaa vya kusaga kama vile oksidi ya aluminiamu (Al₂O₃) au oksidi yttrium (Y₂O₃) ili kuboresha utendakazi wa kunyunyuzia, kupunguza halijoto ya kuunguza, na kuongeza msongamano wa mwisho wa bidhaa.

 

SiC ya daraja la semicondukta inadai viwango vya usafi vilivyo karibu kabisa. SiC ya kioo cha daraja la chini inahitaji usafi wa ≥99.9999% (6N), huku baadhi ya programu za hali ya juu zikihitaji usafi wa 7N (99.99999%). Tabaka za Epitaxial lazima zidumishe viwango vya uchafu chini ya 10¹⁶ atomi/cm³ (hasa kuepuka uchafu wa kina kama vile B, Al, na V). Hata kufuatilia uchafu kama vile chuma (Fe), alumini (Al), au boroni (B) inaweza kuathiri kwa kiasi kikubwa sifa za umeme kwa kusababisha mtawanyiko wa mtoa huduma, kupunguza uthabiti wa eneo, na hatimaye kuhatarisha utendakazi na utegemezi wa kifaa, hivyo kuhitaji udhibiti mkali wa uchafu.

 

Nyenzo ya semiconductor ya silicon carbide

 

2. Miundo na Ubora wa Kioo

 

SiC ya daraja la kauri kimsingi inapatikana kama poda ya polycrystalline au miili iliyotiwa sintered inayojumuisha microcrystals nyingi za SiC zilizoelekezwa bila mpangilio. Nyenzo hii inaweza kuwa na aina nyingi (kwa mfano, α-SiC, β-SiC) bila udhibiti mkali juu ya aina mahususi, na mkazo badala ya msongamano wa nyenzo kwa jumla na usawa. Muundo wake wa ndani una mipaka mingi ya nafaka na vinyweleo hadubini, na inaweza kuwa na visaidizi vya kuunguza (km, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

SiC ya kiwango cha semicondukta lazima iwe na substrates za fuwele moja au tabaka za epitaxial zenye miundo ya fuwele iliyopangwa sana. Inahitaji aina mahususi za aina nyingi zinazopatikana kupitia mbinu sahihi za ukuaji wa fuwele (kwa mfano, 4H-SiC, 6H-SiC). Sifa za umeme kama vile uhamaji wa elektroni na bandgap ni nyeti sana kwa uteuzi wa aina nyingi, na hivyo kuhitaji udhibiti mkali. Hivi sasa, 4H-SiC inatawala soko kwa sababu ya mali yake ya juu ya umeme ikiwa ni pamoja na uhamaji wa juu wa carrier na nguvu ya shamba la kuvunjika, na kuifanya kuwa bora kwa vifaa vya nguvu.

 

3. Ulinganisho wa Utata wa Mchakato

 

SiC ya daraja la kauri hutumia michakato rahisi ya utengenezaji (utayarishaji wa unga → kutengeneza → uchomaji), unaofanana na "kutengeneza matofali." Mchakato unahusisha:

 

• Kuchanganya poda ya SiC ya daraja la kibiashara (kawaida yenye ukubwa wa mikroni) na viunganishi
• Inaunda kwa kubonyeza
• Ucheshi wa halijoto ya juu (1600-2200°C) ili kufikia msongamano kupitia usambaaji wa chembe.
  Programu nyingi zinaweza kuridhika na zaidi ya 90%. Mchakato mzima hauhitaji udhibiti sahihi wa ukuaji wa fuwele, unaolenga badala yake kuunda na uthabiti wa sintering. Manufaa ni pamoja na kubadilika kwa mchakato kwa maumbo changamano, ingawa kwa mahitaji ya chini ya usafi.

 

SiC ya kiwango cha semicondukta inahusisha michakato changamano zaidi (utayarishaji wa unga wa hali ya juu → ukuaji wa sehemu ndogo ya fuwele → uwekaji wa kaki ya epitaxial → utengenezaji wa kifaa). Hatua kuu ni pamoja na:

 

• Utayarishaji wa substrate kimsingi kupitia njia ya usafirishaji wa mvuke halisi (PVT).
• Upunguzaji wa poda ya SiC katika hali mbaya zaidi (2200-2400 ° C, utupu wa juu)
• Udhibiti sahihi wa viwango vya joto (± 1 ° C) na vigezo vya shinikizo
• Ukuaji wa tabaka la Epitaxial kupitia uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD) ili kuunda tabaka zenye nene, zenye doped (kawaida kadhaa hadi makumi ya mikroni)
  Mchakato mzima unahitaji mazingira safi kabisa (kwa mfano, vyumba vya usafi vya Hatari 10) ili kuzuia uchafuzi. Sifa ni pamoja na usahihi uliokithiri wa mchakato, unaohitaji udhibiti wa sehemu za joto na viwango vya mtiririko wa gesi, na mahitaji magumu ya usafi wa malighafi (>99.9999%) na ugumu wa vifaa.

 

4. Tofauti Muhimu za Gharama na Mielekeo ya Soko

 

Vipengele vya SiC ya daraja la kauri:

• Malighafi: Poda ya daraja la kibiashara
• Michakato rahisi
• Gharama ya chini: Maelfu hadi makumi ya maelfu ya RMB kwa tani
• Utumizi mpana: Vifupisho, viingilizi, na tasnia zingine zinazozingatia gharama

 

Vipengele vya SiC ya kiwango cha semiconductor:

• Mzunguko mrefu wa ukuaji wa substrate
• Changamoto ya kudhibiti kasoro
• Viwango vya chini vya mavuno
• Gharama ya juu: Maelfu ya USD kwa kila substrate ya inchi 6
• Masoko yaliyolengwa: Vifaa vya elektroniki vya utendaji wa juu kama vile vifaa vya nguvu na vipengee vya RF
  Kwa maendeleo ya haraka ya magari mapya ya nishati na mawasiliano ya 5G, mahitaji ya soko yanaongezeka kwa kasi.

 

5. Matukio Tofauti ya Maombi

 

SiC ya daraja la kauri hutumika kama "farasi wa kazi wa kiviwanda" kimsingi kwa matumizi ya kimuundo. Kutumia sifa zake bora za mitambo (ugumu wa juu, upinzani wa kuvaa) na mali ya joto (upinzani wa joto la juu, upinzani wa oxidation), inafanikiwa katika:

 

• Abrasives (magurudumu ya kusaga, sandpaper)
• Refractories (vifuniko vya tanuru vya joto la juu)
• Vipengee vinavyostahimili uchakavu/kutu (miili ya pampu, vifuniko vya mabomba)

 

Silicon carbudi vipengele vya miundo ya kauri

 

SiC ya kiwango cha semiconductor hufanya kama "wasomi wa kielektroniki," kwa kutumia sifa zake za semicondukta pana ili kuonyesha faida za kipekee katika vifaa vya kielektroniki:

 

• Vifaa vya nguvu: Vigeuzi vya EV, vibadilishaji vya gridi ya taifa (kuboresha ufanisi wa ubadilishaji wa nguvu)
• Vifaa vya RF: vituo vya msingi vya 5G, mifumo ya rada (kuwezesha masafa ya juu ya kufanya kazi)
• Optoelectronics: Nyenzo ndogo ya taa za bluu za LED

 

kaki ya epitaxial ya milimita 200

 

Dimension	SiC ya daraja la kauri	Semiconductor-grade SiC
Muundo wa Kioo	Polycrystalline, aina nyingi za aina nyingi	Kioo kimoja, polytypes zilizochaguliwa madhubuti
Kuzingatia Mchakato	Densification na udhibiti wa sura	Ubora wa kioo na udhibiti wa mali ya umeme
Kipaumbele cha Utendaji	Nguvu ya mitambo, upinzani wa kutu, utulivu wa joto	Sifa za umeme (bendi, uwanja wa kuvunjika, n.k.)
Matukio ya Maombi	Vipengele vya miundo, sehemu zinazostahimili kuvaa, vipengele vya joto la juu	Vifaa vya nguvu ya juu, vifaa vya juu-frequency, vifaa vya optoelectronic
Madereva ya Gharama	Kubadilika kwa mchakato, gharama ya malighafi	Kiwango cha ukuaji wa kioo, usahihi wa vifaa, usafi wa malighafi

 

Kwa muhtasari, tofauti ya kimsingi inatokana na madhumuni yao tofauti ya utendaji: SiC ya daraja la kauri hutumia "muundo (muundo)" wakati SiC ya kiwango cha semiconductor hutumia "mali (ya umeme)." Ya kwanza hufuata utendakazi wa mitambo/joto kwa gharama nafuu, huku ya pili inawakilisha kilele cha teknolojia ya utayarishaji wa nyenzo kama nyenzo ya utendakazi ya hali ya juu, yenye fuwele moja. Ingawa inashiriki asili sawa ya kemikali, SiC ya daraja la kauri na daraja la semiconductor inaonyesha tofauti za wazi katika usafi, muundo wa fuwele, na michakato ya utengenezaji - lakini zote mbili zinatoa mchango mkubwa katika uzalishaji wa viwandani na maendeleo ya kiteknolojia katika nyanja zao.