تطبيق مواد الحقل الحراري القائم على الكربون في نمو بلورات كربيد السيليكون

Ⅰ. مقدمة لمواد كربيد السيليكون:

1. نظرة عامة على خصائص المواد:

الالجيل الثالث أشباه الموصلاتيطلق عليه أشباه الموصلات المركبة ، وعرضها على وجود طقوس بحوالي 3.2EV ، وهو ثلاثة أضعاف عرض طقوس النطاق لمواد أشباه الموصلات القائمة على السيليكون (1.12EV لمواد أشباه الموصلات المستندة إلى السيليكون) ، لذلك يطلق عليه أيضًا أشباه الموصلات الواسعة النطاق. تحتوي أجهزة أشباه الموصلات المستندة إلى السيليكون على حدود مادية يصعب اختراقها في بعض سيناريوهات التطبيق عالي الحرارة ، وضغط عالي التردد. تعديل بنية الجهاز لم يعد بإمكانكلاهماظهرت.

2. تطبيق أجهزة SiC:

بناءً على أدائها الخاص، ستحل أجهزة SiC تدريجيًا محل السيليكون القائم في مجال درجات الحرارة العالية والضغط العالي والتردد العالي، وستلعب دورًا مهمًا في اتصالات 5G ورادار الموجات الدقيقة والفضاء ومركبات الطاقة الجديدة والنقل بالسكك الحديدية والأجهزة الذكية. الشبكات، وغيرها من المجالات.

3. طريقة التحضير:

(1)نقل البخار المادي (PVT): درجة حرارة النمو حوالي 2100 ~ 2400 ℃. المزايا هي التكنولوجيا الناضجة ، وتكلفة التصنيع المنخفضة ، والتحسين المستمر لجودة الكريستال والعائد. العيوب هي أنه من الصعب توفير مواد مستمرة ، ومن الصعب التحكم في نسبة مكونات طور الغاز. من الصعب حاليًا الحصول على بلورات P-type.

(2)طريقة محلول البذور الأعلى (TSSG): درجة حرارة النمو حوالي 2200 ℃. المزايا هي درجة حرارة النمو المنخفضة ، وانخفاض الإجهاد ، وعيوب خلع قليلة ، و P-type Doping ، 3Cنمو الكريستال، وتوسيع القطر بسهولة. ومع ذلك، لا تزال عيوب تضمين المعدن موجودة، كما أن الإمداد المستمر بمصدر Si/C ضعيف.

(3)ترسب بخار كيميائي مرتفع درجات الحرارة (HTCVD): درجة حرارة النمو حوالي 1600 ~ 1900 ℃. المزايا هي إمدادات مستمرة للمواد الخام ، والتحكم الدقيق في نسبة Si/C ، والنقاء العالي ، ونشرات مريحة. العيوب عالية التكلفة للمواد الخام الغازية ، وصعوبة عالية في المعالجة الهندسية لعادم المجال الحراري ، والعيوب العالية ، وانخفاض النضج التقني.

Ⅱ. التصنيف الوظيفي للالمجال الحراريمواد

1. نظام العزل:

الوظيفة: إنشاء التدرج الحراري المطلوبنمو الكريستال

المتطلبات: الموصلية الحرارية ، الموصلية الكهربائية ، نقاء أنظمة مواد العزل عالية درجة الحرارة فوق 2000 ℃

2. بوتقةنظام:

وظيفة: 

① مكونات التسخين؛ 

② حاوية النمو

المتطلبات: المقاومة ، الموصلية الحرارية ، معامل التمدد الحراري ، نقاء

3. طلاء تاكعناصر:

الوظيفة: تمنع تآكل الجرافيت الأساسي بواسطة Si وتمنع شوائب C

المتطلبات: كثافة الطلاء، سمك الطلاء، النقاء

4. الجرافيت المساميعناصر:

وظيفة: 

① تصفية مكونات جسيمات الكربون ؛ 

② ملحق مصدر الكربون

المتطلبات: النفاذية، التوصيل الحراري، النقاء

Ⅲ. حل نظام المجال الحراري

نظام العزل:

تتميز الأسطوانة الداخلية العازلة لمركب الكربون/الكربون بكثافة سطحية عالية، ومقاومة للتآكل، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية. يمكنه تقليل تآكل السيليكون المتسرب من البوتقة إلى مادة العزل الجانبية، وبالتالي ضمان استقرار المجال الحراري.

المكونات الوظيفية:

(1)كربيد التنتالوم المغلفةعناصر

(2)الجرافيت المساميعناصر

(3)مركب الكربون/الكربونمكونات المجال الحراري