बातम्या - सिलिकॉन कार्बाइडची रचना आणि वाढ तंत्रज्ञान (Ⅱ)

चौथे, भौतिक वाष्प हस्तांतरण पद्धत

दभौतिक वाष्प वाहतूक (PVT)1955 मध्ये लेलीने शोधलेल्या वाफ फेज सबलिमेशन तंत्रज्ञानापासून ही पद्धत उद्भवली आहे. SiC पावडर ग्रेफाइट ट्यूबमध्ये ठेवली जाते आणि SiC पावडरचे विघटन आणि उदात्तीकरण करण्यासाठी उच्च तापमानाला गरम केले जाते आणि नंतर ग्रेफाइट ट्यूब थंड केली जाते. SiC पावडरच्या विघटनानंतर, वाष्प टप्प्यातील घटक जमा केले जातात आणि ग्रेफाइट ट्यूबच्या सभोवतालच्या SiC क्रिस्टल्समध्ये क्रिस्टलाइज केले जातात. जरी या पद्धतीमुळे मोठ्या आकाराचे SiC सिंगल स्फटिक मिळवणे कठीण होत असले, आणि ग्रेफाइट ट्यूबमधील जमा प्रक्रिया नियंत्रित करणे कठीण असले तरी, त्यानंतरच्या संशोधकांना ती कल्पना देते.
Ym Terairov et al. रशियामध्ये या आधारावर सीड क्रिस्टल्सची संकल्पना मांडली आणि अनियंत्रित क्रिस्टल आकार आणि SiC क्रिस्टल्सच्या न्यूक्लिएशन स्थितीची समस्या सोडवली. त्यानंतरच्या संशोधकांनी सुधारणे चालू ठेवले आणि अखेरीस आज औद्योगिक वापरामध्ये भौतिक गॅस फेज वाहतूक (PVT) पद्धत विकसित केली.

सर्वात जुनी SiC क्रिस्टल वाढ पद्धत म्हणून, भौतिक वाष्प हस्तांतरण पद्धत ही SiC क्रिस्टल वाढीसाठी सर्वात मुख्य प्रवाहातील वाढ पद्धत आहे. इतर पद्धतींच्या तुलनेत, या पद्धतीमध्ये वाढ उपकरणे, एक साधी वाढ प्रक्रिया, मजबूत नियंत्रणक्षमता, कसून विकास आणि संशोधन यासाठी कमी आवश्यकता आहेत आणि औद्योगिक उपयोगाची जाणीव झाली आहे. सध्याच्या मुख्य प्रवाहातील PVT पद्धतीद्वारे उगवलेल्या क्रिस्टलची रचना आकृतीमध्ये दर्शविली आहे.

ग्रेफाइट क्रुसिबलच्या बाह्य थर्मल इन्सुलेशन स्थिती नियंत्रित करून अक्षीय आणि रेडियल तापमान फील्ड नियंत्रित केले जाऊ शकतात. SiC पावडर उच्च तापमानासह ग्रेफाइट क्रुसिबलच्या तळाशी ठेवली जाते आणि SiC बीज क्रिस्टल कमी तापमानात ग्रेफाइट क्रूसिबलच्या शीर्षस्थानी निश्चित केले जाते. पावडर आणि बियांमधील अंतर सामान्यतः दहापट मिलिमीटर इतके नियंत्रित केले जाते जेणेकरून वाढणारे एकल क्रिस्टल आणि पावडर यांच्यातील संपर्क टाळण्यासाठी. तापमान ग्रेडियंट सामान्यतः 15-35℃/cm च्या श्रेणीत असते. संवहन वाढवण्यासाठी 50-5000 Pa चा अक्रिय वायू भट्टीत ठेवला जातो. अशा प्रकारे, SiC पावडर इंडक्शन हीटिंगद्वारे 2000-2500℃ पर्यंत गरम केल्यानंतर, SiC पावडर उदात्तीकरण करेल आणि Si, Si2C, SiC2 आणि इतर वाष्प घटकांमध्ये विघटित होईल आणि गॅस संवहनाने सीडच्या टोकापर्यंत नेले जाईल, आणि एकल क्रिस्टल वाढ साध्य करण्यासाठी सीड क्रिस्टलवर SiC क्रिस्टल क्रिस्टलाइज केले जाते. त्याचा सामान्य वाढीचा दर ०.१-२ मिमी/तास आहे.

पीव्हीटी प्रक्रिया वाढीचे तापमान, तापमान ग्रेडियंट, वाढीचा पृष्ठभाग, सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील अंतर आणि वाढीचा दाब यांच्या नियंत्रणावर लक्ष केंद्रित करते, त्याचा फायदा असा आहे की तिची प्रक्रिया तुलनेने परिपक्व आहे, कच्चा माल तयार करणे सोपे आहे, खर्च कमी आहे, परंतु वाढीची प्रक्रिया PVT पद्धतीचे निरीक्षण करणे कठीण आहे, क्रिस्टल वाढीचा दर 0.2-0.4mm/h आहे, मोठ्या जाडीसह (>50mm) क्रिस्टल्स वाढणे कठीण आहे. अनेक दशकांच्या सततच्या प्रयत्नांनंतर, PVT पद्धतीने पिकवलेल्या SiC सब्सट्रेट वेफर्सची सध्याची बाजारपेठ खूप मोठी आहे आणि SiC सब्सट्रेट वेफर्सचे वार्षिक उत्पादन शेकडो हजारो वेफर्सपर्यंत पोहोचू शकते आणि त्याचा आकार हळूहळू 4 इंच वरून 6 वर बदलत आहे. इंच, आणि 8 इंच SiC सब्सट्रेट नमुने विकसित केले आहेत.

पाचवी, उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प जमा करण्याची पद्धत

उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTCVD) ही रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) वर आधारित सुधारित पद्धत आहे. स्वीडनच्या लिंकोपिंग युनिव्हर्सिटी, कोर्डिना एट अल. यांनी 1995 मध्ये प्रथम ही पद्धत प्रस्तावित केली होती.
वाढीची रचना आकृतीमध्ये दर्शविली आहे:

जेव्हा SiC क्रिस्टल लिक्विड फेज पद्धतीने वाढवले जाते, तेव्हा सहाय्यक द्रावणाच्या आत तापमान आणि संवहन वितरण आकृतीमध्ये दर्शविले जाते:

हे पाहिले जाऊ शकते की सहाय्यक द्रावणात क्रूसिबल भिंतीजवळचे तापमान जास्त असते, तर सीड क्रिस्टलचे तापमान कमी असते. वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान, ग्रेफाइट क्रुसिबल क्रिस्टल वाढीसाठी C स्त्रोत प्रदान करते. क्रुसिबल भिंतीवरील तापमान जास्त असल्याने, C ची विद्राव्यता मोठी आहे आणि विरघळण्याचा वेग वेगवान आहे, C चे संतृप्त द्रावण तयार करण्यासाठी क्रूसिबल भिंतीवर मोठ्या प्रमाणात C विरघळले जाईल. हे द्रावण मोठ्या प्रमाणात C चे विरघळलेले सहाय्यक द्रावणात संवहन करून सीड क्रिस्टल्सच्या खालच्या भागात नेले जाईल. सीड क्रिस्टल एंडच्या कमी तापमानामुळे, संबंधित C ची विद्राव्यता कमी होते आणि मूळ C-संतृप्त द्रावण या स्थितीत कमी-तापमानाच्या टोकाला हस्तांतरित केल्यावर C चे सुपरसॅच्युरेटेड द्रावण बनते. सहाय्यक द्रावणातील Si सह एकत्रित द्रावणातील सुपरसॅच्युरेटेड सी, सीड क्रिस्टलवर SiC क्रिस्टल एपिटॅक्सियल वाढू शकते. जेव्हा C चा सच्छिद्र भाग बाहेर पडतो, तेव्हा द्रावण संवहनाने क्रूसिबल भिंतीच्या उच्च-तापमानाच्या टोकाकडे परत येते आणि C चे पुन्हा विरघळते ज्यामुळे संतृप्त द्रावण तयार होते.

संपूर्ण प्रक्रिया पुनरावृत्ती होते, आणि SiC क्रिस्टल वाढतो. द्रव अवस्थेच्या वाढीच्या प्रक्रियेत, द्रावणातील C चे विघटन आणि पर्जन्य वाढीच्या प्रगतीचा एक अतिशय महत्त्वाचा निर्देशांक आहे. स्फटिकाची स्थिर वाढ सुनिश्चित करण्यासाठी, क्रुसिबल भिंतीवर C चे विरघळणे आणि बीजाच्या शेवटी होणारा वर्षाव यांच्यात संतुलन राखणे आवश्यक आहे. जर C चे विघटन C च्या पर्जन्यमानापेक्षा जास्त असेल तर क्रिस्टलमधील C हळूहळू समृद्ध होईल आणि SiC चे उत्स्फूर्त न्यूक्लीएशन होईल. C चे विघटन C च्या पर्जन्यमानापेक्षा कमी असल्यास, विद्राव्य नसल्यामुळे क्रिस्टलची वाढ होणे कठीण होईल.
त्याच वेळी, संवहनाद्वारे C चे वाहतूक वाढीदरम्यान C च्या पुरवठ्यावर देखील परिणाम करते. पुरेशी क्रिस्टल गुणवत्ता आणि पुरेशा जाडीसह SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी, वरील तीन घटकांचे संतुलन सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे SiC द्रव टप्प्याच्या वाढीची अडचण मोठ्या प्रमाणात वाढते. तथापि, संबंधित सिद्धांत आणि तंत्रज्ञानाच्या हळूहळू सुधारणा आणि सुधारणांसह, SiC क्रिस्टल्सच्या द्रव टप्प्यातील वाढीचे फायदे हळूहळू दिसून येतील.
सध्या, 2-इंच SiC क्रिस्टल्सची लिक्विड फेज वाढ जपानमध्ये साध्य केली जाऊ शकते आणि 4-इंच क्रिस्टल्सची लिक्विड फेज वाढ देखील विकसित केली जात आहे. सध्या, संबंधित देशांतर्गत संशोधनाचे चांगले परिणाम दिसून आलेले नाहीत, आणि संबंधित संशोधन कार्याचा पाठपुरावा करणे आवश्यक आहे.

सातवा, SiC क्रिस्टल्सचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म

(१) यांत्रिक गुणधर्म: SiC क्रिस्टल्समध्ये अत्यंत कडकपणा आणि चांगला पोशाख प्रतिरोध असतो. त्याची Mohs कडकपणा 9.2 आणि 9.3 च्या दरम्यान आहे आणि त्याची Krit कठोरता 2900 आणि 3100Kg/mm2 च्या दरम्यान आहे, जी शोधण्यात आलेल्या पदार्थांमध्ये डायमंड क्रिस्टल्सनंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे. SiC च्या उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्मांमुळे, पावडर SiC चा वापर कटिंग किंवा ग्राइंडिंग उद्योगात केला जातो, ज्याची वार्षिक मागणी लाखो टनांपर्यंत असते. काही वर्कपीसवरील पोशाख-प्रतिरोधक कोटिंग देखील SiC कोटिंग वापरेल, उदाहरणार्थ, काही युद्धनौकांवर पोशाख-प्रतिरोधक कोटिंग SiC कोटिंगचे बनलेले असते.

(२) थर्मल गुणधर्म: SiC ची थर्मल चालकता 3-5 W/cm·K पर्यंत पोहोचू शकते, जी पारंपारिक सेमीकंडक्टर Si च्या 3 पट आणि GaAs च्या 8 पट आहे. SiC द्वारे तयार केलेल्या उपकरणाचे उष्णता उत्पादन त्वरीत दूर केले जाऊ शकते, त्यामुळे SiC उपकरणाच्या उष्णतेच्या अपव्यय परिस्थितीची आवश्यकता तुलनेने सैल आहे आणि उच्च-शक्ती उपकरणे तयार करण्यासाठी ते अधिक योग्य आहे. SiC मध्ये स्थिर थर्मोडायनामिक गुणधर्म आहेत. सामान्य दाबाच्या परिस्थितीत, SiC थेट Si आणि C असलेल्या वाफेमध्ये विघटित होईल.

(३) रासायनिक गुणधर्म: SiC मध्ये स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत, चांगला गंज प्रतिरोधक आहे आणि खोलीच्या तापमानाला कोणत्याही ज्ञात ऍसिडवर प्रतिक्रिया देत नाही. हवेत दीर्घकाळ ठेवलेले SiC हळूहळू दाट SiO2 चा पातळ थर तयार करेल, पुढील ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांना प्रतिबंध करेल. जेव्हा तापमान 1700 ℃ पेक्षा जास्त वाढते, तेव्हा SiO2 पातळ थर वितळतो आणि वेगाने ऑक्सिडायझ होतो. SiC मध्ये वितळलेल्या ऑक्सिडंट्स किंवा बेससह मंद ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया होऊ शकते आणि SiC क्रिस्टल्समधील विस्थापन वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी SiC वेफर्स सहसा वितळलेल्या KOH आणि Na2O2 मध्ये गंजलेले असतात.

(४) विद्युत गुणधर्म: SiC रुंद बँडगॅप सेमीकंडक्टर्सची प्रातिनिधिक सामग्री म्हणून, 6H-SiC, आणि 4H-SiC बँडगॅप रुंदी अनुक्रमे 3.0 eV आणि 3.2 eV आहे, जी Si च्या 3 पट आणि GaAs च्या 2 पट आहे. SiC ने बनवलेल्या सेमीकंडक्टर उपकरणांमध्ये लहान गळती प्रवाह आणि मोठे ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड असतात, म्हणून SiC उच्च-शक्ती उपकरणांसाठी एक आदर्श सामग्री मानली जाते. SiC ची संतृप्त इलेक्ट्रॉन गतिशीलता देखील Si च्या तुलनेत 2 पट जास्त आहे आणि उच्च-वारंवारता उपकरणे तयार करण्यात त्याचे स्पष्ट फायदे देखील आहेत. P-प्रकार SiC क्रिस्टल्स किंवा N-प्रकार SiC क्रिस्टल्स क्रिस्टल्समधील अशुद्धता अणूंचे डोपिंग करून मिळवता येतात. सध्या, P-प्रकार SiC क्रिस्टल्स प्रामुख्याने Al, B, Be, O, Ga, Sc आणि इतर अणूंद्वारे डोप केलेले आहेत आणि N-प्रकार sic क्रिस्टल्स प्रामुख्याने N अणूंद्वारे डोप केलेले आहेत. डोपिंग एकाग्रता आणि प्रकारातील फरकाचा SiC च्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर मोठा प्रभाव पडेल. त्याच वेळी, मुक्त वाहक व्ही सारख्या खोल-स्तरीय डोपिंगद्वारे खिळले जाऊ शकते, प्रतिरोधकता वाढविली जाऊ शकते आणि अर्ध-इन्सुलेटिंग SiC क्रिस्टल मिळवता येते.

(५) ऑप्टिकल गुणधर्म: तुलनेने रुंद बँड गॅपमुळे, न भरलेला SiC क्रिस्टल रंगहीन आणि पारदर्शक आहे. डोप केलेले SiC क्रिस्टल्स त्यांच्या भिन्न गुणधर्मांमुळे भिन्न रंग दर्शवतात, उदाहरणार्थ, 6H-SiC डोपिंग N नंतर हिरवा असतो; 4H-SiC तपकिरी आहे. 15R-SiC पिवळा आहे. Al सह डोप केलेले, 4H-SiC निळे दिसते. रंगातील फरक पाहून SiC क्रिस्टल प्रकार वेगळे करणे ही एक अंतर्ज्ञानी पद्धत आहे. गेल्या 20 वर्षांमध्ये SiC-संबंधित क्षेत्रांवर सतत संशोधन केल्यामुळे, संबंधित तंत्रज्ञानामध्ये मोठी प्रगती झाली आहे.

आठवा, SiC विकास स्थितीचा परिचय

सध्या, SiC उद्योग अधिकाधिक परिपूर्ण झाला आहे, सब्सट्रेट वेफर्सपासून,आणिएपिटॅक्सियलवेफर्सडिव्हाइस उत्पादन आणि पॅकेजिंगसाठी, संपूर्ण औद्योगिक साखळी परिपक्व झाली आहे आणि ती बाजारपेठेत SiC-संबंधित उत्पादने पुरवू शकते.

क्री ही SiC क्रिस्टल ग्रोथ इंडस्ट्रीमध्ये एक लीडर आहे आणि SiC सब्सट्रेट वेफर्सचा आकार आणि गुणवत्ता या दोन्ही बाबतीत अग्रगण्य स्थान आहे. क्री सध्या दरवर्षी 300,000 SiC सब्सट्रेट चिप्स तयार करते, जे जागतिक शिपमेंटच्या 80% पेक्षा जास्त आहे.

सप्टेंबर 2019 मध्ये, क्री ने घोषणा केली की ती न्यूयॉर्क राज्य, यूएसए मध्ये एक नवीन सुविधा तयार करेल, जी 200 मिमी व्यासाची शक्ती आणि RF SiC सब्सट्रेट वेफर्स वाढवण्यासाठी सर्वात प्रगत तंत्रज्ञानाचा वापर करेल, हे सूचित करते की तिच्या 200 मिमी SiC सब्सट्रेट सामग्री तयार करण्याचे तंत्रज्ञान आहे. अधिक प्रौढ व्हा.

सध्या, बाजारातील SiC सब्सट्रेट चिप्सची मुख्य प्रवाहातील उत्पादने प्रामुख्याने 4H-SiC आणि 6H-SiC प्रवाहकीय आणि 2-6 इंचांची अर्ध-इन्सुलेटेड प्रकार आहेत.
ऑक्टोबर 2015 मध्ये, N-प्रकार आणि LED साठी 200 मिमी SiC सब्सट्रेट वेफर्स लाँच करणारी क्री ही पहिली कंपनी होती, ज्याने बाजारात 8-इंच SiC सब्सट्रेट वेफर्सची सुरुवात केली होती.
2016 मध्ये, Romm ने Venturi टीमला प्रायोजित करण्यास सुरुवात केली आणि पारंपारिक 200 kW च्या इन्व्हर्टरमध्ये IGBT + Si FRD सोल्यूशन बदलण्यासाठी कारमध्ये IGBT + SiC SBD संयोजन वापरणारे ते पहिले होते. सुधारणेनंतर, इन्व्हर्टरचे वजन 2 किलोने कमी केले जाते आणि समान शक्ती राखून आकार 19% कमी केला जातो.

2017 मध्ये, SiC MOS + SiC SBD च्या पुढील अवलंबानंतर, केवळ वजन 6 किलोने कमी झाले नाही तर आकार 43% कमी झाला आणि इन्व्हर्टरची शक्ती देखील 200 kW वरून 220 kW पर्यंत वाढली.
टेस्लाने 2018 मध्ये त्याच्या मॉडेल 3 उत्पादनांच्या मुख्य ड्राइव्ह इनव्हर्टरमध्ये SIC-आधारित उपकरणे स्वीकारल्यानंतर, प्रात्यक्षिक प्रभाव वेगाने वाढविला गेला, ज्यामुळे xEV ऑटोमोटिव्ह मार्केट लवकरच SiC मार्केटसाठी उत्साहाचे स्रोत बनले. SiC च्या यशस्वी वापरामुळे, त्याचे संबंधित बाजार उत्पादन मूल्य देखील वेगाने वाढले आहे.

नववा, निष्कर्ष:

SiC संबंधित उद्योग तंत्रज्ञानाच्या सतत सुधारणेसह, त्याचे उत्पन्न आणि विश्वासार्हता आणखी सुधारली जाईल, SiC उपकरणांची किंमत देखील कमी होईल आणि SiC ची बाजारातील स्पर्धात्मकता अधिक स्पष्ट होईल. भविष्यात, ऑटोमोबाईल्स, कम्युनिकेशन्स, पॉवर ग्रीड्स आणि वाहतूक यासारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये SiC उपकरणे अधिक प्रमाणात वापरली जातील आणि उत्पादनांची बाजारपेठ अधिक व्यापक होईल, आणि बाजारपेठेचा आकार आणखी विस्तारला जाईल, जो देशासाठी एक महत्त्वाचा आधार बनेल. अर्थव्यवस्था

पोस्ट वेळ: जानेवारी-25-2024