Кратка историја силицијум карбида и примена премаза од силицијум карбида

1. Развој СиЦ

Године 1893. Едвард Гудрич Ачесон, откривач СиЦ-а, дизајнирао је отпорничку пећ користећи угљеничне материјале – познате као Ачесонова пећ – да би започео индустријску производњу силицијум карбида електричним загревањем мешавине кварца и угљеника. Касније је пријавио патент за овај проналазак.

Од почетка до средине 20. века, због своје изузетне тврдоће и отпорности на хабање, силицијум карбид се првенствено користио као абразив у алатима за брушење и сечење.

Током 1950-их и 1960-их, са појавомтехнологија хемијског таложења паре (ЦВД)., научници као што је Рустум Рои из Белл Лабс у Сједињеним Државама су били пионири у истраживању ЦВД СиЦ технологије. Они су развили процесе таложења СиЦ паром и спровели прелиминарна истраживања његових својстава и примене, постигавши прво таложењеСиЦ премази на графитним површинама. Овај рад је поставио кључну основу за ЦВД припрему материјала за облагање СиЦ.

Године 1963. истраживачи Белл Лабс-а Хауард Вахтел и Џозеф Велс основали су ЦВД Инцорпоратед, фокусирајући се на развој технологија хемијског таложења паре за СиЦ и друге материјале за керамичке премазе. 1974. године остварили су прву индустријску производњу одпроизводи од графита пресвучени силицијум карбидом. Ова прекретница је означила значајан напредак у технологији премаза од силицијум карбида на графитним површинама, отварајући пут њиховој широкој примени у областима као што су полупроводници, оптика и ваздухопловство.

Седамдесетих година прошлог века, истраживачи у Унион Царбиде Цорпоратион (сада филијала у потпуном власништву Дов Цхемицал-а) први пут су применилиграфитне базе обложене силицијум-карбидому епитаксијалном расту полупроводничких материјала као што је галијум нитрид (ГаН). Ова технологија је била кључна за производњу високих перформансиЛЕД диоде на бази ГаН(светлеће диоде) и ласери, постављајући темеље за накнаднотехнологија епитаксије силицијум карбидаи постаје значајна прекретница у примени силицијум карбидних материјала у области полупроводника.

Од 1980-их до раног 21. века, напредак у производним технологијама проширио је индустријску и комерцијалну примену премаза од силицијум карбида од ваздухопловства до аутомобилске индустрије, енергетске електронике, полупроводничке опреме и разних индустријских компоненти као антикорозивних премаза.

Од раног 21. века до данас, развој термичког прскања, ПВД-а и нанотехнологије увео је нове методе припреме премаза. Истраживачи су почели да истражују и развијају премазе од силицијум карбида у наноразмери да би додатно побољшали перформансе материјала.

Укратко, технологија припреме заЦВД превлаке од силицијум карбидаје прешао са лабораторијских истраживања на индустријску примену током последњих неколико деценија, постижући континуирани напредак и напредак.

2. СиЦ кристална структура и поља примене

Силицијум карбид има преко 200 политипова, првенствено категорисаних у три главне групе на основу распореда атома угљеника и силицијума: кубни (3Ц), хексагонални (Х) и ромбоедарски ®. Уобичајени примери укључују 2Х-СиЦ, 3Ц-СиЦ, 4Х-СиЦ, 6Х-СиЦ и 15Р-СиЦ. Они се могу широко поделити у два главна типа:

Слика 1: Кристална структура силицијум карбида

α-СиЦ:Ово је високотемпературно стабилна структура и оригинални тип структуре који се налази у природи.

β-СиЦ:Ово је стабилна структура на ниским температурама, која се може формирати реакцијом силицијума и угљеника на око 1450°Ц. β-СиЦ се може трансформисати у α-СиЦ на температурама између 2100-2400°Ц.

Различити СиЦ политипови имају различите намене. На пример, 4Х-СиЦ у α-СиЦ је погодан за производњу уређаја велике снаге, док је 6Х-СиЦ најстабилнији тип и користи се у оптоелектронским уређајима. β-СиЦ, осим што се користи у РФ уређајима, такође је важан као танак филм и материјал за облагање у окружењима са високим температурама, високим хабањем и високо корозивним окружењима, пружајући заштитне функције. β-СиЦ има неколико предности у односу на α-СиЦ:

(1)Његова топлотна проводљивост се креће између 120-200 В/м·К, што је знатно више од α-СиЦ-ових 100-140 В/м·К.

(2) β-СиЦ показује већу тврдоћу и отпорност на хабање.

(3) Што се тиче отпорности на корозију, док се α-СиЦ добро понаша у неоксидирајућим и благо киселим срединама, β-СиЦ остаје стабилан под агресивнијим оксидационим и јако алкалним условима, показујући своју супериорну отпорност на корозију у ширем спектру хемијских окружења .

Поред тога, коефицијент термичке експанзије β-СиЦ-а блиско одговара оном графита, што га чини пожељним материјалом за површинске премазе на графитним базама у опреми за епитаксију плочица због ових комбинованих својстава.

3. СиЦ премази и методе припреме

(1) СиЦ Цоатингс

СиЦ премази су танки филмови формирани од β-СиЦ, који се наносе на површине подлоге кроз различите процесе премаза или таложења. Ови премази се обично користе за повећање тврдоће, отпорности на хабање, отпорности на корозију, отпорности на оксидацију и перформанси при високим температурама. Превлаке од силицијум карбида имају широку примену на различитим подлогама као што су керамика, метали, стакло и пластика, и нашироко се користе у ваздухопловству, производњи аутомобила, електроници и другим пољима.

Слика 2: Микроструктура попречног пресека СиЦ превлаке на површини графита

(2)  Методе припреме

Главне методе за припрему СиЦ премаза укључују хемијско таложење паром (ЦВД), физичко таложење паре (ПВД), технике прскања, електрохемијско таложење и синтеровање премаза у суспензији.

Хемијско таложење паре (ЦВД):

ЦВД је једна од најчешће коришћених метода за припрему силицијум карбидних премаза. Током ЦВД процеса, гасови прекурсори који садрже силицијум и угљеник се уводе у реакциону комору, где се разлажу на високим температурама да би произвели атоме силицијума и угљеника. Ови атоми се адсорбују на површину супстрата и реагују да би формирали превлаку од силицијум карбида. Контролисањем кључних параметара процеса као што су проток гаса, температура депозиције, притисак таложења и време, дебљина, стехиометрија, величина зрна, кристална структура и оријентација премаза могу се прецизно прилагодити како би задовољили специфичне захтеве примене. Још једна предност ове методе је њена погодност за премазивање великих и сложених подлога са добрим приоњивањем и способностима пуњења. Међутим, прекурсори и нуспроизводи који се користе у ЦВД процесу су често запаљиви и корозивни, што производњу чини опасном. Поред тога, стопа искоришћења сировина је релативно ниска, а трошкови припреме су високи.

Физичко таложење паре (ПВД):

ПВД укључује коришћење физичких метода као што су термичко испаравање или магнетронско распршивање под високим вакуумом да би се испарили силицијум карбидни материјали високе чистоће и кондензовали на површини супстрата, формирајући танак филм. Овај метод омогућава прецизну контролу над дебљином и саставом премаза, стварајући густе превлаке од силицијум карбида погодне за високо прецизне апликације као што су премази за резне алате, керамичке превлаке, оптичке превлаке и превлаке за термичку баријеру. Међутим, постизање уједначене покривености на компонентама сложеног облика, посебно у удубљењима или засјењеним подручјима, представља изазов. Додатно, адхезија између премаза и подлоге може бити недовољна. ПВД опрема је скупа због потребе за скупим високовакумским системима и опремом за прецизно управљање. Штавише, стопа таложења је спора, што доводи до ниске ефикасности производње, што га чини неприкладним за индустријску производњу великих размера.

Техника прскања:

Ово укључује прскање течних материјала на површину супстрата и њихово очвршћавање на одређеним температурама како би се формирао премаз. Метода је једноставна и исплатива, али резултирајући премази обично показују слабу адхезију за подлогу, лошију униформност, тање премазе и нижу отпорност на оксидацију, што често захтева додатне методе за побољшање перформанси.

Електрохемијско таложење:

Ова техника користи електрохемијске реакције за таложење силицијум карбида из раствора на површину супстрата. Контролом електродног потенцијала и састава раствора прекурсора може се постићи уједначен раст превлаке. Превлаке од силицијум карбида припремљене овом методом су применљиве у специфичним областима као што су хемијски/биолошки сензори, фотонапонски уређаји, материјали електрода за литијум-јонске батерије и премази отпорни на корозију.

Облагање и синтеровање суспензије:

Ова метода укључује мешање материјала за премазивање са везивним средством како би се створила суспензија, која се равномерно наноси на површину подлоге. Након сушења, обложени радни предмет се синтерује на високим температурама у инертној атмосфери да би се формирао жељени премаз. Његове предности укључују једноставан и лак рад и контролу дебљине премаза, али је чврстоћа везивања између премаза и подлоге често слабија. Премази такође имају слабу отпорност на топлотни удар, мању униформност и недоследне процесе, што их чини неприкладним за масовну производњу.

Све у свему, одабир одговарајуће методе припреме превлаке од силицијум карбида захтева свеобухватно разматрање захтева за перформансама, карактеристика подлоге и трошкова на основу сценарија примене.

4. СиЦ-превучени графитни пријемници

Графитни пријемници обложени СиЦ-ом су кључни уПроцеси металног органског хемијског таложења пара (МОЦВД)., техника која се широко користи за припрему танких филмова и превлака у областима полупроводника, оптоелектронике и других наука о материјалима.

Слика 3

5. Функције графитних супстрата обложених СиЦ-ом у МОЦВД опреми

Графитне подлоге обложене СиЦ-ом су кључне у процесима метал-органског хемијског таложења паром (МОЦВД), техници која се широко користи за припрему танких филмова и премаза у областима полупроводника, оптоелектронике и других наука о материјалима.

Слика 4:  Семицорек ЦВД опрема

Помоћни оператер:У МОЦВД-у, полупроводнички материјали могу расти слој по слој на површини подлоге плочице, формирајући танке филмове са специфичним својствима и структурама.Графитни носач обложен СиЦделује као носећи носач, пружајући робусну и стабилну платформу заепитаксијаполупроводничких танких филмова. Одлична термичка стабилност и хемијска инертност СиЦ превлаке одржавају стабилност подлоге у окружењима са високим температурама, смањујући реакције са корозивним гасовима и обезбеђујући високу чистоћу и конзистентне особине и структуре узгојених полупроводничких филмова. Примери укључују графитне супстрате обложене СиЦ за епитаксијални раст ГаН у МОЦВД опреми, графитне супстрате обложене СиЦ за епитаксијални раст од монокристалног силицијума (равне подлоге, округле подлоге, тродимензионалне супстрате) и графитне супстрате обложене СиЦ заСиЦ епитаксијални раст.

Термичка стабилност и отпорност на оксидацију:МОЦВД процес може укључивати реакције на високим температурама и оксидирајуће гасове. СиЦ премаз обезбеђује додатну термичку стабилност и заштиту од оксидације за графитну подлогу, спречавајући квар или оксидацију у окружењима са високим температурама. Ово је кључно за контролу и одржавање конзистентности раста танког филма.

Интерфејс материјала и контрола својстава површине:СиЦ премаз може утицати на интеракције између филма и супстрата, утичући на начине раста, подударање решетки и квалитет интерфејса. Прилагођавањем својстава СиЦ премаза, може се постићи прецизнији раст материјала и контрола интерфејса, побољшавајући перформансеепитаксијални филмови.

Смањење контаминације нечистоћама:Висока чистоћа СиЦ премаза може минимизирати контаминацију нечистоћа са графитних супстрата, осигуравајући даузгојени епитаксијални филмовиимају потребну високу чистоћу. Ово је од виталног значаја за перформансе и поузданост полупроводничких уређаја.

Слика 5: СемицорекГрафитни рецептор обложен СиЦ-омкао Носач плочица у Епитаксији

Укратко,Графитне подлоге обложене СиЦпружају бољу подршку базе, термичку стабилност и контролу интерфејса у МОЦВД процесима, промовишући раст и припрему висококвалитетнихепитаксијални филмови.

6. Закључак и изглед

Тренутно су истраживачке институције у Кини посвећене побољшању производних процесаграфитни пријемници обложени силицијум карбидом, побољшавајући чистоћу и униформност премаза и повећавајући квалитет и животни век СиЦ премаза уз смањење трошкова производње. Истовремено, они истражују начине за постизање интелигентних производних процеса за графитне супстрате обложене силицијум карбидом како би побољшали ефикасност производње и квалитет производа. Индустрија повећава улагања у индустријализацијуграфитне подлоге обложене силицијум карбидом, повећање обима производње и квалитета производа како би се задовољили захтеви тржишта. Недавно, истраживачке институције и индустрије активно истражују нове технологије премаза, као што је применаТаЦ превлаке на графитним сусцепторима, за побољшање топлотне проводљивости и отпорности на корозију.**

Семицорек нуди висококвалитетне компоненте за материјале обложене ЦВД СиЦ. Ако имате било каквих питања или су вам потребни додатни детаљи, не устручавајте се да нас контактирате.

Контакт телефон # +86-13567891907

Емаил: салес@семицорек.цом