Mar leathsheoltóir tríú glúin, tá airíonna leictreacha agus teirmeacha níos fearr ag cairbíd sileacain (SiC) ná iad siúd a bhaineann le sileacain, rud a fhágann go bhfuil sé ar cheann de na hábhair idéalach chun feistí ardvoltais ardteochta, ard-minicíochta, ardchumhachta agus ardvoltais a dhéanamh. Is comhdhúil é SiC atá comhdhéanta de shileacan agus de charbón. Cruthaíonn adaimh sileacain agus adaimh charbóin struchtúr teitrihéadrach. Tá níos mó ná 200 polytypes aitheanta ag criostail SiC, a dhéantar trí shraitheanna adamhach sileacain agus sraitheanna adamhacha carbóin a mhalartú ar bhealaí éagsúla. Is iad na cinn is coitianta ná 3C-SiC (struchtúr ciúbach, nó -SiC), 4H-Sic, agus 6H-SiC (an dá struchtúr heicseagánach, nó -SiC).
3C-SiC
3C-Is é SiC an polytype SiC is simplí agus tá struchtúr pacáilte gar ciúbach aige. Sa struchtúr seo, socraítear adaimh sileacain agus charbóin ar bhealach sonrach i spás tríthoiseach, rud a chruthaíonn struchtúr criostail an-siméadrach. Mar gheall ar a shiméadracht, tá airíonna leictreonacha agus optúla measartha lag ag 3C agus is beag úsáid a bhaintear as i bhfeidhmiúcháin phraiticiúla faoi láthair.
4H-SiC agus 6H-Sic
Murab ionann agus 3C-SiC, 4H-SiC agus 6H-tá struchtúir heicseagánacha gar{-phacáistithe{-do SiC. Tá an dá pholaitíopa seo níos fearr ná 3C-SiC i soghluaisteacht leictreon, seoltacht theirmeach, agus bandáile. 4H-Tá soghluaisteacht leictreon níos airde ag SiC, rud a fhágann go bhfuil sé níos fearr le haghaidh gléasanna leictreonacha cumhachta ardmhinicíochta agus ard. Is mó a úsáidtear é i réimsí ar nós feithiclí nua fuinnimh agus cumarsáid 5G, agus is mó a tháirgeann déantúsóirí SiC reatha 4H-SiC. 6H{-Tá banda bearna níos mó ag SiC agus mar sin is fearr a fheidhmíonn sé i dtimpeallachtaí ardteochta agus ard-radaíochta.
Teicneolaíochtaí Fáis le haghaidh Criostail Aonair SiC
Faoi láthair, áirítear ar na príomhtheicneolaíochtaí a úsáidtear le haghaidh fáis chriostail SiC iompar gal fisiceach (PVT), sil-leagan ard teochta ceimiceacha gaile (HTCVD), agus -fás ar thuaslagán síolaithe (TSSG). Ina measc, is é PVT an modh fáis criostail aonair SiC is aibí agus is mó a úsáidtear sa tSín agus thar lear.
Modh Iompar Glais Fhisiciúil (PVT).
Is modh é iompar gaile fisiceach (PVT) a nglactar leis go forleathan chun criostail aonair SiC a fhás ar bhonn tráchtála. Forbraíodh é ó mhodh Lely, a d'fhorbair Lely i 1955 trí phróiseas sublimation. Mar sin féin, ní féidir le modh Lely fás criostail aonair a rialú go héifeachtach. I 1977, ba iad Tairov agus Tsvetkov na chéad daoine a d’úsáid sublimation sílithe chun criostail aonair SiC a fhás; tugtar "modh modhnaithe Lely" nó modh PVT ar an modh seo freisin.
I PVT, cuirtear síolchriostail ag barr breogán graifíte, agus cuirtear púdar SiC ardíonachta ag an mbun. Taobh amuigh den bhreogán tá ciseal inslithe theirmigh; tá coil téimh ionduchtaithe lasmuigh den chiseal inslithe, agus tá uisce fuaraithe taobh istigh den choil. Taobh istigh den bhreogán, trí rialú a dhéanamh ar an teocht agus an grádán teochta, déantar an púdar SiC a thiontú ina stát gásach agus a iompar chuig an síolchriostail, áit a dtarlaíonn fás criostail ansin. Is é an t-amhábhar le haghaidh PVT púdar SiC ard-íonachta, agus is é 2100 céim -2500 céim an teocht fáis. Faoi láthair, úsáideann roinnt déantúsóirí SiC baile an modh seo mar a modh táirgthe príomhshrutha. Is iad na míbhuntáistí atá aige ná teocht ardfhás, tomhaltas ardchumhachta, agus ardchostas; tá go leor lochtanna ag na criostail fhás, a chuireann isteach ar fheidhmíocht gléas agus ar shaol seirbhíse.
Cé go bhfuil teicneolaíocht fáis PVT SiC an-aibí cheana féin, tá na fadhbanna seo a leanas fós i dtáirgeadh iarbhír: I bhfás PVT criostail aonair SiC, tarlaíonn aistrithe polytype go héasca, rud a fhágann cuimsiú polycrystalline. Is ceist chasta é polytype amháin a rialú le linn fás criostail SiC. Ag glacadh le criostail aonair príomhshrutha 4H-SiC mar shampla, tá tionchar ag go leor fachtóirí ar fhás cobhsaí aon pholaitíopa amháin, lena n-áirítear polaraíocht chriostail síl, teocht fáis, brú fáis, cóimheas céim Si/C gal, agus cineál dópála, rud a chiallaíonn go mbeidh sé níos deacra an polytype SiC a rialáil go beacht. Is dúshlán ollmhór fós é rialú beacht teochta san fhoirnéis le linn fás PVT ar chriostail shingil SiC. Ina theannta sin, tá PVT ag brath ar phróisis iompair gáis agus imoibrithe ag teocht ard, rud a chuireann éilimh ard ar shreabhadh gáis, cinéitic imoibrithe, agus mar sin de.
Ard-Modh Taistil Ceimiceach Gaile (HTCVD).
Sa mhodh sil-leagan ceimiceach gaile ardteochta (HTCVD), cuirtear síolchriostail SiC i breogán déanta as graifít. Téann silane agus carbón-ina bhfuil gás réamhtheachtaithe mar amhábhair isteach sa bhreogán go leanúnach trí imoibreoir bun. Ansin pirealaíonn an silane go díreach isteach i mbraislí Si, a imoibríonn le hidreacarbóin (CxHy) sa charbón a bhfuil gás réamhtheachtaithe ann chun criostal aonair SiC a dhéanamh faoi bhun an tsílchriostail.
I gcomparáid le PvT, úsáideann HTCVD amhábhair -íonachta níos airde agus is féidir leis an ráta beatha amhábhar, an cóimheas C/Si, agus an teocht fáis le linn fáis a rialú go beacht, rud a tháirgeann criostail SiC ar chaighdeán níos airde. Ina theannta sin, tugann pirealú díreach an gháis iompróra éifeachtacht fuinnimh níos airde do HTCVD ná modhanna eile, agus cabhraíonn an gás iompróra ardluais leis na braislí a fhaightear trí phirealú an síolchriostail SiC a bhaint amach, agus mar sin fásann HTCVD criostail SiC níos tapúla ná modhanna eile.
Tá buntáistí ag HTCVD mar chaighdeán ard criostail, ráta fáis tapa, agus beathú leanúnach. Mar sin féin, toisc go bhfuil an trealamh fáis agus na gáis ard-íonachta costasach, tá costais táirgthe arda ag an modh seo agus tá a phróiseas tráchtálaithe mall. Ag an am céanna, i bhfás HTCVD criostail aonair SiC, toisc go gcaithfidh SiH4 agus C3H8 dianscaoileadh ag teocht ard agus dul faoi imoibrithe éagsúla sula bhfásann criostail ar deireadh ar an síol SiC, má dhianscaoileann an foinse gáis ró-tapa, cuirfear bac ar an inlet gáis; má dhianscaoileann an gás foinse ró-mhall, fanfaidh gás neamh-imoibrithe ag an asraon gáis agus cuirfidh sé bac air. Fágann sin go bhfuil HTCVD SiC singil-trealamh fáis criostail sách éagobhsaí. Ina theannta sin, níl an taighde reatha ar HTCVD leordhóthanach, níl an próiseas fós aibí, agus tá sé fós sa chéim T & F, mar sin ní úsáidtear fás HTCVD de chriostail aonair SiC go forleathan sa tionscal.
Barr-Modh Fáis Réitigh Síolta (TSSG).
Sa mhodh -fás tuaslagáin síl barr (TSSG), is leá sileacain é an fhoinse sileacain, agus is breogán graifíte ardíonachta é an fhoinse carbóin. Faoi bhun 2000 céim , tá tuaslagthacht an charbóin i leá sileacain níos lú ná 1%, rud a fhágann go bhfuil sé deacair an cóimheas molar Si:C=1:1 a bhaint amach a theastaíonn le haghaidh fás criostail SiC. Fiú ag 2800 céim , is é an tuaslagthacht carbóin i sileacain ach 19%. Dá bhrí sin, i dturgnaimh fháis chriostail i gcéim SiC leacht iarbhír, ní mór roinnt floscanna a chur leis chun tuaslagthacht an charbóin sa tuaslagán ardteochta a mhéadú. I measc na sreabha coitianta tá Cr, Fe, Ti, srl. Le linn fás criostail, tuaslagann an carbón sa bhreogán graifíte isteach sa leá de réir a chéile agus iompraítear tríd an leá go dtí an síolchriostail é, rud a chumasaíonn soláthar leanúnach carbóin. Trí pharaiméadair ar nós luas rothlaithe síl/breogán, réimse teochta, agus minicíocht agus méid an tsrutha a rialú, cruthaítear grádáin teochta cuí, grádáin brú, agus réimsí sreafa sa leá, ionas gur féidir carbóin a iompar ón mballa breogán go dtí an síolchriostail. Mar sin féin, i bhfás iarbhír, is minic a thuaslagtar an criostail síl, agus deascann ábhar polycrystalline ag an mballa breogán agus ag an gcriostail síl. Dá bhrí sin, ar fud an phróisis fáis criostail, ní mór paraiméadair fáis a choigeartú chun an córas iomlán a choinneáil i gcothromaíocht dhinimiciúil oiriúnach, ionas gur féidir fás criostail leanúnach a bhaint amach.
Is féidir le TSSG criostail SiC a ullmhú faoi choinníollacha fáis níos séimhe. Tá gnéithe teicniúla aige freisin amhail rialáil dhinimiciúil agus bheacht ar pharaiméadair phróisis, fás leanúnach ar thrastomhas, agus cineál dópála ard aonfhoirmeach. Tá sé anois ar cheann de na teicneolaíochtaí nuálacha atá thar a bheith iomaíoch maidir le foshraitheanna SiC ar chostas íseal agus ar ardchaighdeán. Cé go bhfuil buntáistí suntasacha ag TSSG maidir le criostail SiC a ullmhú, tá bacainní teicniúla ard aige freisin, a léirítear go príomha sna paraiméadair phróisis iomadúla a gcaithfear a rialáil; féadfaidh aon rogha paraiméadar míchuí cur isteach ar an gcothromaíocht dhinimiciúil le linn fás criostail agus ina chúis le lochtanna móra macrascópacha.