خبرون - سلکان ڪاربائيڊ جي ساخت ۽ ترقي ٽيڪنالاجي (Ⅱ)

چوٿون، جسماني بخار جي منتقلي جو طريقو

جيجسماني بخار ٽرانسپورٽ (PVT)اهو طريقو 1955 ۾ ليلي جي ايجاد ڪيل واپر فيز سبليميشن ٽيڪنالاجي مان پيدا ٿيو. سي سي پاؤڊر کي گريفائٽ ٽيوب ۾ رکيو وڃي ٿو ۽ سي سي پاؤڊر کي ختم ڪرڻ ۽ ختم ڪرڻ لاءِ اعليٰ درجه حرارت تي گرم ڪيو وڃي ٿو، ۽ پوءِ گرافائٽ ٽيوب کي ٿڌو ڪيو وڃي ٿو. سي سي پاؤڊر جي ٺهڻ کان پوء، وانپ مرحلو اجزاء جمع ڪيا ويا آهن ۽ گريفائٽ ٽيوب جي چوڌاري SiC ڪرسٽل ۾ ڪرسٽلائز ٿيل آهن. جيتوڻيڪ هي طريقو وڏي سائيز جي سي سي سنگل ڪرسٽل کي حاصل ڪرڻ ڏکيو بڻائي ٿو، ۽ گريفائٽ ٽيوب ۾ جمع ٿيڻ واري عمل کي ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو آهي، اهو بعد ۾ تحقيق ڪندڙن لاء خيال مهيا ڪري ٿو.
Ym Terairov et al. روس ۾ ان بنياد تي سيڊ ڪرسٽل جو تصور متعارف ڪرايو ۽ بي قابو ڪرسٽل جي شڪل ۽ سي سي ڪرسٽل جي نيوڪليشن پوزيشن جو مسئلو حل ڪيو. بعد ۾ محققن کي بهتر ڪرڻ جاري آهي ۽ آخرڪار صنعتي گئس فيز ٽرانسپورٽ (PVT) جو طريقو اڄ صنعتي استعمال ۾.

جيئن ته ابتدائي SiC کرسٽل جي ترقي جو طريقو، جسماني وانپ جي منتقلي جو طريقو سي سي ڪرسٽل جي ترقي لاء سڀ کان وڌيڪ مکيه وهڪرو ترقي جو طريقو آهي. ٻين طريقن سان مقابلي ۾، طريقو ترقي جي سامان لاء گهٽ گهرجون، هڪ سادي ترقي جي عمل، مضبوط controllability، مڪمل ترقي، ۽ تحقيق، ۽ صنعتي اپليڪيشن محسوس ڪيو آهي. موجوده مين اسٽريم PVT طريقي سان اڀري ڪرسٽل جي جوڙجڪ شڪل ۾ ڏيکاريل آهي.

محوري ۽ شعاع جي درجه حرارت جي شعبن کي ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو graphite crucible جي خارجي حرارتي موصليت جي حالتن کي ڪنٽرول ڪندي. سي سي پاؤڊر کي وڌيڪ درجه حرارت سان گريفائٽ جي صليب جي تري ۾ رکيل آهي، ۽ سي سي سيڊ ڪرسٽل کي گهٽ درجه حرارت تي گريفائٽ ڪرسيبل جي چوٽي تي مقرر ڪيو ويو آهي. پائوڊر ۽ ٻج جي وچ ۾ فاصلو عام طور تي ڏهن ملي ميٽرن تي ڪنٽرول ڪيو ويندو آهي ته جيئن وڌندڙ سنگل ڪرسٽل ۽ پاؤڊر جي وچ ۾ رابطي کان بچڻ لاء. گرمي پد جي درجي عام طور تي 15-35 ℃ / سينٽ جي حد ۾ آهي. 50-5000 Pa جي هڪ انرٽ گيس کي فرنس ۾ رکيو وڃي ٿو ته جيئن ڪنوڪشن کي وڌايو وڃي. اهڙيءَ طرح، سي سي پاؤڊر کي 2000-2500 ℃ تائين گرم ڪرڻ کان پوءِ انڊڪشن هيٽنگ ذريعي، سي سي پاؤڊر سي، سي 2 سي، سي سي 2 ۽ ٻين وانپ جزن ۾ سمائجي ۽ ڊمپوز ٿيندو، ۽ گيس ڪنوڪشن سان ٻج جي آخر تائين منتقل ڪيو ويندو، ۽ سي سي ڪرسٽل ٻج ڪرسٽل تي ڪرسٽل ڪيو ويو آھي ھڪڙي ڪرسٽل ترقي حاصل ڪرڻ لاءِ. ان جي عام واڌ جي شرح 0.1-2mm/h آهي.

PVT عمل ترقي جي درجه حرارت جي ڪنٽرول تي ڌيان ڏئي ٿو، درجه حرارت جي درجه بندي، ترقي جي مٿاڇري، مواد جي مٿاڇري جي فاصلي، ۽ ترقي جي دٻاء، ان جو فائدو اهو آهي ته اهو عمل نسبتا بالغ آهي، خام مال پيدا ڪرڻ آسان آهي، قيمت گهٽ آهي، پر ترقي جي عمل PVT طريقي جو مشاهدو ڪرڻ ڏکيو آهي، ڪرسٽل جي واڌ جي شرح 0.2-0.4mm/h، وڏي ٿلهي (>50mm) سان ڪرسٽل وڌڻ ڏکيو آهي. ڏهاڪن جي لڳاتار ڪوششن کان پوءِ، PVT طريقي سان اڀريل SiC سبسٽريٽ ويفرز جي موجوده مارڪيٽ تمام وڏي ٿي چڪي آهي، ۽ SiC سبسٽريٽ ويفرز جي سالياني پيداوار سوين هزارين ويفرن تائين پهچي سگهي ٿي، ۽ ان جي ماپ بتدريج 4 انچ کان 6 تائين تبديل ٿي رهي آهي. انچ، ۽ ترقي ڪئي آهي 8 انچ SiC substrate نموني جي.

پنجون، تيز گرمي پد تي ڪيميائي وانپ جمع ڪرڻ جو طريقو

تيز گرمي پد جي ڪيميائي وانپ جمع (HTCVD) هڪ بهتر طريقو آهي جيڪو ڪيميائي وانپ جمع (CVD) تي ٻڌل آهي. طريقو پهريون ڀيرو 1995 ۾ Kordina et al.، Linkoping يونيورسٽي، سويڊن پاران تجويز ڪيو ويو.
ترقي جي جوڙجڪ جو خاڪو تصوير ۾ ڏيکاريل آهي:

جڏهن SiC ڪرسٽل کي مائع مرحلي جي طريقي سان وڌايو ويندو آهي، معاون حل جي اندر درجه حرارت ۽ ڪنوڪشن ورهائڻ کي شڪل ۾ ڏيکاريو ويو آهي:

اهو ڏسي سگهجي ٿو ته امدادي محلول ۾ صليب جي ڀت جي ويجهو گرمي پد وڌيڪ آهي، جڏهن ته ٻج ڪرسٽل تي گرمي پد گهٽ آهي. ترقي جي عمل جي دوران، گريفائٽ ڪرسيبل ڪرسٽل جي واڌ لاء سي جو ذريعو مهيا ڪري ٿو. ڇاڪاڻ ته صليب واري ڀت تي گرمي پد وڌيڪ آهي، سي جي حلاليت وڏي آهي، ۽ ڦهلائڻ جي رفتار تيز آهي، سي جي وڏي مقدار کي C جو هڪ سنتر ٿيل محلول ٺاهڻ لاء C. سي جو حل ٿيل ٻج ڪرسٽل جي ھيٺئين حصي ڏانھن منتقل ڪيو ويندو امدادي محلول اندر ڪنوڪشن ذريعي. سيڊ ڪرسٽل جي پڇاڙيءَ جي گھٽ درجه حرارت جي ڪري، لاڳاپيل C جي محلوليت ساڳئي طرح گھٽجي ٿي، ۽ اصل C-Saturated محلول ان حالت ۾ گھٽ درجه حرارت جي آخر ۾ منتقل ٿيڻ کان پوءِ C جو سپر سير ٿيل محلول بڻجي وڃي ٿو. Supersaturated C حل ۾ Si سان گڏ معاون محلول ۾ سيڊ ڪرسٽل تي SiC کرسٽل epitaxial وڌي سگھي ٿو. جڏهن C جو سوراخ ٿيل حصو ٻاهر نڪرندو آهي، اهو محلول ڪنويڪيشن سان صليب واري ڀت جي تيز گرمي پد جي آخر ۾ واپس اچي ٿو ۽ C کي ٻيهر ڳري ٿو ته جيئن هڪ سنتر ٿيل محلول ٺاهي.

سڄو عمل ورجائي ٿو، ۽ سي سي ڪرسٽل وڌي ٿو. مائع مرحلي جي ترقي جي عمل ۾، حل ۾ سي جي تحليل ۽ ورهاڱي جي ترقي جي ترقي جو هڪ اهم انڊيڪس آهي. ڪرسٽل جي مستحڪم واڌ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، ضروري آهي ته سي جي ڦڦڙن جي وچ ۾ هڪ توازن برقرار رکڻ لاءِ صليب واري ڀت تي ۽ ٻج جي آخر ۾ ورن. جيڪڏهن سي جي تحليل سي جي ورهاڱي کان وڌيڪ آهي، پوء ڪرسٽل ۾ سي کي تيزيء سان وڌايو ويندو آهي، ۽ سي سي جي خود بخود نيوڪليشن ٿيندي. جيڪڏهن C جو ڦهلاءُ C جي ورن کان گهٽ آهي، ته محلول جي کوٽ جي ڪري ڪرسٽل جي واڌ ويجهه ۾ مشڪل ٿي ويندي.
ساڳئي وقت، سي جي نقل و حمل جي ذريعي سي جي فراهمي تي پڻ اثر انداز ٿئي ٿي. سٺي ڪافي کرسٽل جي معيار ۽ ڪافي ٿلهي سان SiC ڪرسٽل کي وڌائڻ لاءِ، ضروري آھي ته مٿين ٽن عنصرن جي توازن کي يقيني بڻايو وڃي، جيڪو تمام گھڻو وڌائي ٿو SiC مائع مرحلي جي واڌ جي مشڪلات کي. بهرحال، لاڳاپيل نظريات ۽ ٽيڪنالاجيز جي تدريجي سڌاري ۽ بهتري سان، سي سي ڪرسٽل جي مائع مرحلن جي ترقي جا فائدا بتدريج ظاهر ٿيندا.
هن وقت، 2 انچ سي سي ڪرسٽل جي مائع مرحلي جي واڌ جاپان ۾ حاصل ڪري سگهجي ٿي، ۽ 4 انچ ڪرسٽل جي مائع مرحلي جي واڌ پڻ ترقي ڪئي پئي وڃي. هن وقت، لاڳاپيل ملڪي تحقيق جا سٺا نتيجا نه ڏنا ويا آهن، ۽ اهو ضروري آهي ته لاڳاپيل تحقيقي ڪم جي پيروي ڪئي وڃي.

ستون، سي سي ڪرسٽل جي جسماني ۽ ڪيميائي ملڪيت

(1) مشيني خاصيتون: سي سي ڪرسٽل کي انتهائي سختي ۽ سٺي لباس مزاحمت آهي. ان جي Mohs سختي 9.2 ۽ 9.3 جي وچ ۾ آهي، ۽ ان جي Krit سختي 2900 ۽ 3100Kg/mm2 جي وچ ۾ آهي، جيڪا دريافت ڪيل مواد ۾ هيرن جي ڪرسٽل کان پوءِ ٻئي نمبر تي آهي. سي سي جي شاندار مشيني خاصيتن جي ڪري، پائوڊر سي سي اڪثر ڪري ڪٽڻ يا پيسڻ جي صنعت ۾ استعمال ڪيو ويندو آهي، جنهن جي سالياني گهرج لکين ٽين تائين هوندي آهي. ڪجھ ڪمپيسس تي لباس مزاحم ڪوٽنگ به SiC ڪوٽنگ استعمال ڪندي، مثال طور، ڪجھ جنگي جهازن تي لباس مزاحم ڪوٽنگ SiC ڪوٽنگ مان ٺهيل آھي.

(2) حرارتي خاصيتون: SiC جي حرارتي چالکائي 3-5 W/cm·K تائين ٿي سگهي ٿي، جيڪا روايتي سيمڪنڊڪٽر Si کان 3 ڀيرا ۽ GaAs کان 8 ڀيرا وڌيڪ آهي. سي سي پاران تيار ڪيل ڊوائيس جي گرمي جي پيداوار کي جلدي دور ڪري سگهجي ٿو، تنهنڪري سي سي ڊيوائس جي گرمي جي خرابي جي حالتن جي گهرج نسبتا سست آهي، ۽ اهو اعلي طاقت جي ڊوائيسز جي تياري لاء وڌيڪ مناسب آهي. سي سي ۾ مستحڪم thermodynamic خاصيتون آهن. عام دٻاءُ جي حالتن ۾، سي سي سڌو سنئون هڪ وانپ ۾ ٺهيو ويندو جنهن ۾ Si ۽ C تي مشتمل هوندي.

(3) ڪيميائي خاصيتون: سي سي ۾ مستحڪم ڪيميائي ملڪيتون آهن، سٺي سنکنرن جي مزاحمت، ۽ ڪمري جي حرارت تي ڪنهن به ڄاڻايل تيزاب سان رد عمل نٿو ڪري. گهڻي وقت تائين هوا ۾ رکيل SiC آهستي آهستي ٿلهي SiO2 جي هڪ پتلي پرت ٺاهيندي، وڌيڪ آڪسائيڊ رد عمل کي روڪيندي. جڏهن گرمي پد 1700 ℃ کان مٿي ٿي وڃي ٿو، SiO2 پتلي پرت تيزيء سان ڳري ۽ آڪسائيڊائز ٿئي ٿي. SiC پگھليل آڪسيڊينٽس يا بيسز سان سست آڪسائيڊريشن جي رد عمل مان گذري سگھي ٿو، ۽ SiC wafers کي عام طور تي پگھليل KOH ۽ Na2O2 ۾ corroded ڪيو ويندو آھي ته جيئن SiC ڪرسٽل ۾ خلل کي نمايان ڪري سگھجي.

(4) بجلي جا خاصيتون: SiC وسيع بينڊ گيپ سيمي ڪنڊڪٽرز جي نمائندي مواد جي طور تي، 6H-SiC، ۽ 4H-SiC بينڊ گيپ جي ويڪر ترتيبوار 3.0 eV ۽ 3.2 eV آهي، جيڪا 3 ڀيرا Si کان ۽ 2 ڀيرا GaAs کان آهي. سي سي سي مان ٺهيل سيمي ڪنڊڪٽر ڊوائيسز ۾ ننڍا رستا واهه ۽ وڏا بريڪ ڊائون برقي شعبا آهن، تنهنڪري سي سي کي اعلي طاقت واري ڊوائيسز لاء هڪ مثالي مواد سمجهيو ويندو آهي. SiC جي saturated electron mobility پڻ Si جي ڀيٽ ۾ 2 ڀيرا وڌيڪ آھي، ۽ اھو پڻ واضح فائدن ۾ آھي اعلي فريڪوئنسي ڊوائيسز جي تياري ۾. P-type SiC کرسٽل يا N-type SiC ڪرسٽل حاصل ڪري سگھجن ٿا، ڪرسٽل ۾ موجود ناپاڪ ائٽم کي ڊاپ ڪري. هن وقت، P-type SiC ڪرسٽل خاص طور تي Al، B، Be، O، Ga، Sc، ۽ ٻين ايٽمن پاران ڊاپ ٿيل آهن، ۽ N-type sic ڪرسٽل خاص طور تي N ائٽمز طرفان ڊاپ ٿيل آهن. ڊپنگ ڪنسنٽريشن ۽ قسم ۾ فرق سي سي جي جسماني ۽ ڪيميائي ملڪيتن تي وڏو اثر پوندو. ساڳئي وقت، مفت ڪيريئر کي ڊيپ ليول ڊوپنگ ذريعي نيل ڪري سگهجي ٿو جهڙوڪ V، مزاحمت کي وڌائي سگهجي ٿو، ۽ سيمي انسوليٽنگ سي سي ڪرسٽل حاصل ڪري سگهجي ٿو.

(5) بصري خاصيتون: نسبتا وسيع بينڊ خال جي ڪري، اڻڄاتل سي سي ڪرسٽل بي رنگ ۽ شفاف آهي. ڊوپ ٿيل SiC ڪرسٽل مختلف رنگن جي ڪري ڏيکاريندا آھن انھن جي مختلف ملڪيتن جي ڪري، مثال طور، 6H-SiC ڊوپنگ N کان پوءِ سائي آھي؛ 4H-SiC ناسي آھي. 15R-SiC پيلو آهي. Al سان گڏ ڊپ ٿيل، 4H-SiC نيري نظر اچي ٿو. اهو رنگ ۾ فرق کي ڏسڻ سان سي سي ڪرسٽل جي قسم کي فرق ڪرڻ لاء هڪ غير معمولي طريقو آهي. گذريل 20 سالن ۾ سي سي سان لاڳاپيل شعبن تي مسلسل تحقيق سان، لاڳاپيل ٽيڪنالاجيز ۾ وڏيون ڪاميابيون ڪيون ويون آهن.

اٺون، سي سي ترقي جي حيثيت جو تعارف

هن وقت، سي سي صنعت تيزيءَ سان ڀرپور ٿي چڪي آهي، سبسٽرٽ ويفرز کان،۽epitaxialويفرڊوائيس جي پيداوار، ۽ پيڪنگنگ تائين، سڄو صنعتي زنجير پختو ٿي چڪو آهي، ۽ اهو مارڪيٽ کي سي سي سان لاڳاپيل مصنوعات فراهم ڪري سگهي ٿو.

ڪريي سي سي ڪرسٽل ترقي واري صنعت ۾ هڪ اڳواڻ آهي جنهن ۾ سي سي سبسٽريٽ ويفرز جي سائيز ۽ معيار ٻنهي ۾ هڪ اهم پوزيشن آهي. ڪريي في الحال 300,000 سي سي سبسٽريٽ چپس هر سال پيدا ڪري ٿي، عالمي ترسيل جي 80 سيڪڙو کان وڌيڪ حساب سان.

سيپٽمبر 2019 ۾، Cree اعلان ڪيو ته اها نيو يارڪ اسٽيٽ، يو ايس اي ۾ هڪ نئين سهولت تعمير ڪندي، جيڪا 200 ملي ايم قطر جي طاقت ۽ آر ايف سي سي سبسٽريٽ ويفرز کي وڌائڻ لاءِ سڀ کان وڌيڪ جديد ٽيڪنالاجي استعمال ڪندي، اهو ظاهر ڪري ٿو ته هن جي 200 ملي ايم سي سي سبسٽريٽ مواد تيار ڪرڻ واري ٽيڪنالاجي آهي. وڌيڪ بالغ ٿيڻ.

هن وقت، مارڪيٽ تي SiC سبسٽريٽ چپس جي مکيه اسٽريم جون شيون خاص طور تي 4H-SiC ۽ 6H-SiC conductive ۽ 2-6 انچ جي نيم موصل قسم جا آهن.
آڪٽوبر 2015 ۾، ڪريي پهريون ڀيرو اين-ٽائپ ۽ ايل اي ڊي لاءِ 200 ملي ايم سي سي سبسٽريٽ ويفرز لانچ ڪيو، مارڪيٽ تي 8 انچ سي سي سبسٽريٽ ويفرز جي شروعات کي نشانو بڻايو.
2016 ۾، Romm Venturi ٽيم کي اسپانسر ڪرڻ شروع ڪيو ۽ ڪار ۾ IGBT + SiC SBD ميلاپ کي استعمال ڪرڻ وارو پهريون شخص هو IGBT + Si FRD حل کي روايتي 200 kW inverter ۾ تبديل ڪرڻ لاءِ. بهتري کان پوءِ انورٽر جو وزن 2 ڪلو گھٽ ڪيو ويو آهي ۽ ان جي طاقت کي برقرار رکندي سائيز ۾ 19 سيڪڙو گهٽتائي ڪئي وئي آهي.

2017 ۾، SiC MOS + SiC SBD جي وڌيڪ اپنائڻ کان پوء، نه رڳو وزن 6 ڪلوگرام گھٽجي ويو، پر سائيز ۾ 43٪ گھٽجي ويو، ۽ انورٽر پاور پڻ 200 ڪلوواٽ کان 220 ڪلوواٽ تائين وڌايو ويو.
2018 ۾ ٽسلا پنهنجي ماڊل 3 پراڊڪٽس جي مکيه ڊرائيو انورٽرز ۾ SIC-بنياد ڊوائيسز کي اپنائڻ کان پوء، مظاهري جو اثر تيزيءَ سان وڌايو ويو، xEV آٽوموٽو مارڪيٽ کي جلد ئي سي سي مارڪيٽ لاءِ جوش جو ذريعو بڻائي ڇڏيو. سي سي جي ڪامياب ايپليڪيشن سان، ان سان لاڳاپيل مارڪيٽ جي پيداوار جي قيمت پڻ تيزيء سان وڌي وئي آهي.

نائين، نتيجو:

SiC سان لاڳاپيل انڊسٽري ٽيڪنالاجيز جي مسلسل سڌاري سان، ان جي پيداوار ۽ ڀروسي کي وڌيڪ بهتر بڻايو ويندو، سي سي ڊوائيسز جي قيمت پڻ گھٽجي ويندي، ۽ سي سي جي مارڪيٽ جي مقابلي ۾ وڌيڪ واضح ٿي ويندي. مستقبل ۾، سي سي ڊوائيسز وڌيڪ وسيع طور تي مختلف شعبن ۾ استعمال ڪيا ويندا جهڙوڪ آٽو موبائيل، مواصلات، پاور گرڊ، ۽ نقل و حمل، ۽ پراڊڪٽ مارڪيٽ وسيع ٿي ويندي، ۽ مارڪيٽ جي سائيز کي وڌيڪ وڌايو ويندو، قومي لاء هڪ اهم سپورٽ بڻجي ويندو. معيشت.