Silisium karbid keramika və yarımkeçirici silisium karbid: iki fərqli taleyi olan eyni material

1. Xammal üçün Divergent Saflıq Tələbləri

 

Keramika dərəcəli SiC toz xammalı üçün nisbətən yumşaq təmizlik tələblərinə malikdir. Tipik olaraq, 90%-98% təmizliyə malik kommersiya dərəcəli məhsullar əksər tətbiq ehtiyaclarını ödəyə bilər, baxmayaraq ki, yüksək performanslı struktur keramika 98%-99,5% təmizlik tələb edə bilər (məsələn, reaksiya ilə bağlanmış SiC nəzarət edilən sərbəst silisium tərkibini tələb edir). O, müəyyən çirklərə dözür və bəzən sinterləmə performansını yaxşılaşdırmaq, sinterləmə temperaturlarını aşağı salmaq və son məhsulun sıxlığını artırmaq üçün alüminium oksid (Al₂O₃) və ya itrium oksidi (Y₂O₃) kimi sinterləmə köməkçilərini birləşdirir.

 

Yarımkeçirici dərəcəli SiC mükəmmələ yaxın təmizlik səviyyələrini tələb edir. Substrat dərəcəli tək kristal SiC ≥99,9999% (6N) təmizlik tələb edir, bəzi yüksək səviyyəli tətbiqlər üçün isə 7N (99,99999%) təmizlik tələb olunur. Epitaksial təbəqələr çirkin konsentrasiyalarını 10¹⁶ atom/sm³-dən aşağı saxlamalıdır (xüsusilə B, Al və V kimi dərin səviyyəli çirklərdən qaçınmaqla). Dəmir (Fe), alüminium (Al) və ya bor (B) kimi iz çirkləri belə, daşıyıcının səpilməsinə səbəb olmaqla, parçalanma sahəsinin gücünü azaltmaqla və nəticədə cihazın performansını və etibarlılığını pozaraq, ciddi çirklərə nəzarəti tələb etməklə elektrik xüsusiyyətlərinə ciddi təsir göstərə bilər.

 

Silisium karbid yarımkeçirici material

 

2. Fərqli Kristal Strukturlar və Keyfiyyət

 

Keramika dərəcəli SiC əsasən çoxlu təsadüfi yönümlü SiC mikrokristallarından ibarət polikristal toz və ya sinterlənmiş cisimlər şəklində mövcuddur. Materialda xüsusi politiplər üzərində ciddi nəzarət olmadan çoxlu politiplər (məsələn, α-SiC, β-SiC) ola bilər, bunun əvəzinə materialın ümumi sıxlığı və vahidliyinə diqqət yetirilir. Onun daxili strukturunda bol taxıl sərhədləri və mikroskopik məsamələr var və sinterləmə köməkçiləri ola bilər (məsələn, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

Yarımkeçirici dərəcəli SiC tək kristallı substratlar və ya yüksək nizamlı kristal strukturları olan epitaksial təbəqələr olmalıdır. Bu, dəqiq kristal artımı üsulları (məsələn, 4H-SiC, 6H-SiC) vasitəsilə əldə edilən xüsusi politipləri tələb edir. Elektron hərəkətliliyi və bant boşluğu kimi elektrik xüsusiyyətləri politip seçiminə son dərəcə həssasdır və ciddi nəzarət tələb edir. Hal-hazırda, 4H-SiC, yüksək daşıyıcı hərəkətliliyi və qırılma sahəsinin gücü də daxil olmaqla, üstün elektrik xüsusiyyətlərinə görə bazarda üstünlük təşkil edir və onu güc cihazları üçün ideal edir.

 

3. Prosesin mürəkkəbliyinin müqayisəsi

 

Keramika dərəcəli SiC, “kərpic istehsalına” bənzər nisbətən sadə istehsal proseslərindən (toz hazırlanması → formalaşdırma → sinterləmə) istifadə edir. Proses daxildir:

 

• Ticarət dərəcəli SiC tozunun (adətən mikron ölçülü) bağlayıcılarla qarışdırılması
• Presləmə yolu ilə formalaşdırma
• Yüksək temperaturda sinterləmə (1600-2200°C) hissəciklərin diffuziyası vasitəsilə sıxlaşmaya nail olmaq üçün
  Əksər tətbiqlər >90% sıxlıqla təmin edilə bilər. Bütün proses dəqiq kristal artım nəzarəti tələb etmir, bunun əvəzinə konsistensiyanı formalaşdırmağa və sinterləşdirməyə diqqət yetirir. Üstünlüklərə nisbətən daha aşağı təmizlik tələblərinə baxmayaraq, mürəkkəb formalar üçün proses elastikliyi daxildir.

 

Yarımkeçirici dərəcəli SiC daha mürəkkəb prosesləri əhatə edir (yüksək təmizlikdə tozun hazırlanması → tək kristal substratın böyüməsi → epitaksial vafli çökmə → cihazın istehsalı). Əsas addımlara aşağıdakılar daxildir:

 

• Substratın ilk növbədə fiziki buxar nəqli (PVT) üsulu ilə hazırlanması
• Ekstremal şəraitdə SiC tozunun sublimasiyası (2200-2400°C, yüksək vakuum)
• Temperatur qradiyenti (±1°C) və təzyiq parametrlərinə dəqiq nəzarət
• Eyni qalın, qatqılı təbəqələr yaratmaq üçün kimyəvi buxar çökmə (CVD) vasitəsilə epitaksial təbəqənin böyüməsi (adətən bir neçə ilə on mikron arasında)
  Bütün proses çirklənmənin qarşısını almaq üçün ultra təmiz mühitlər (məsələn, 10-cu sinif təmiz otaqlar) tələb edir. Xüsusiyyətlərə həm xammalın təmizliyinə (>99,9999%), həm də avadanlığın təkmilliyinə dair ciddi tələblər ilə istilik sahələrinə və qaz axını sürətlərinə nəzarət tələb edən həddindən artıq proses dəqiqliyi daxildir.

 

4. Əhəmiyyətli Xərc Fərqləri və Bazar Orientasiyaları

 

Seramik dərəcəli SiC xüsusiyyətləri:

• Xammal: Kommersiya dərəcəli toz
• Nisbətən sadə proseslər
• Aşağı qiymət: ton başına minlərlə RMB-dən on minlərlə RMB
• Geniş tətbiqlər: Aşındırıcılar, odadavamlı materiallar və digər xərclərə həssas olan sənayelər

 

Yarımkeçirici dərəcəli SiC xüsusiyyətləri:

• Substratın uzun böyümə dövrləri
• Çətin qüsurlara nəzarət
• Aşağı gəlir dərəcələri
• Yüksək qiymət: 6 düymlük substrat üçün minlərlə ABŞ dolları
• Fokuslanmış bazarlar: Güc cihazları və RF komponentləri kimi yüksək performanslı elektronika
  Yeni enerji vasitələrinin və 5G kommunikasiyalarının sürətli inkişafı ilə bazar tələbatı eksponent olaraq artır.

 

5. Fərqli Tətbiq Ssenariləri

 

Keramika dərəcəli SiC əsasən struktur tətbiqləri üçün "sənaye işçisi" kimi xidmət edir. Mükəmməl mexaniki xüsusiyyətlərindən (yüksək sərtlik, aşınma müqaviməti) və istilik xüsusiyyətlərindən (yüksək temperatura davamlılıq, oksidləşmə müqaviməti) istifadə edərək, o, aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir:

 

• Aşındırıcılar (daşlama çarxları, zımpara)
• Odadavamlı materiallar (yüksək temperaturlu soba astarları)
• Aşınmaya/korroziyaya davamlı komponentlər (nasos gövdələri, boru astarları)

 

Silikon karbid keramika struktur komponentləri

 

Yarımkeçirici dərəcəli SiC elektron cihazlarda unikal üstünlükləri nümayiş etdirmək üçün geniş diapazonlu yarımkeçirici xüsusiyyətlərindən istifadə edərək “elektron elit” kimi çıxış edir:

 

• Güc cihazları: EV çeviriciləri, şəbəkə çeviriciləri (güc çevrilməsinin səmərəliliyinin artırılması)
• RF cihazları: 5G baza stansiyaları, radar sistemləri (daha yüksək işləmə tezliklərini təmin edir)
• Optoelektronika: Mavi LED-lər üçün substrat materialı

 

200 millimetrlik SiC epitaksial vafli

 

Ölçü	Keramika dərəcəli SiC	Yarımkeçirici dərəcəli SiC
Kristal strukturu	Polikristal, çoxlu politiplər	Tək kristal, ciddi seçilmiş politiplər
Proses Fokus	Sıxlaşma və forma nəzarəti	Kristal keyfiyyəti və elektrik mülkiyyətinə nəzarət
Performans Prioriteti	Mexanik möhkəmlik, korroziyaya davamlılıq, istilik sabitliyi	Elektrik xüsusiyyətləri (bant boşluğu, qırılma sahəsi və s.)
Tətbiq Ssenariləri	Struktur komponentlər, aşınmaya davamlı hissələr, yüksək temperatur komponentləri	Yüksək güclü cihazlar, yüksək tezlikli cihazlar, optoelektronik cihazlar
Xərc sürücüləri	Prosesin çevikliyi, xammal xərcləri	Kristal artım sürəti, avadanlıq dəqiqliyi, xammal təmizliyi

 

Xülasə, əsas fərq onların fərqli funksional məqsədlərindən irəli gəlir: keramika dərəcəli SiC “formadan (strukturdan)” istifadə edir, yarımkeçirici dərəcəli SiC isə “xüsusiyyətlərdən (elektrik)” istifadə edir. Birincisi qənaətcil mexaniki/istilik performansını izləyir, ikincisi isə yüksək təmizlik, tək kristal funksional material kimi material hazırlamaq texnologiyasının zirvəsini təmsil edir. Eyni kimyəvi mənşəyi paylaşsa da, keramika dərəcəli və yarımkeçirici dərəcəli SiC təmizlik, kristal quruluş və istehsal proseslərində aydın fərqlər nümayiş etdirir - lakin hər ikisi sənaye istehsalına və öz sahələrində texnoloji tərəqqiyə əhəmiyyətli töhfələr verir.