Кремний карбиді (SiC) - жартылай өткізгіш өнеркәсібінде де, озық керамикалық бұйымдарда да табуға болатын тамаша қосылыс. Бұл көбінесе қарапайым адамдар арасында шатасуға әкеледі, олар оларды бір өнім түрі деп қателесуі мүмкін. Шындығында, бірдей химиялық құрамды бөлісе отырып, SiC тозуға төзімді жетілдірілген керамика немесе өнеркәсіптік қолданбаларда мүлдем басқа рөлдерді атқаратын жоғары тиімді жартылай өткізгіштер ретінде көрінеді. Кристалл құрылымы, өндіріс процестері, өнімділік сипаттамалары және қолдану өрістері бойынша керамикалық және жартылай өткізгішті SiC материалдары арасында айтарлықтай айырмашылықтар бар.
- Шикізатқа қойылатын дивергентті тазалық талаптары
Керамикалық сортты SiC өзінің ұнтақ шикізатына салыстырмалы түрде жеңіл тазалық талаптарын қояды. Әдетте, 90%-98% тазалығы бар коммерциялық үлгідегі өнімдер қолданбалы қажеттіліктердің көпшілігін қанағаттандыра алады, дегенмен жоғары өнімді құрылымдық керамика 98%-99,5% тазалықты қажет етуі мүмкін (мысалы, реакциямен байланысқан SiC бақыланатын бос кремний мазмұнын қажет етеді). Ол белгілі бір қоспаларға шыдайды және кейде агломерация өнімділігін жақсарту, агломерация температурасын төмендету және түпкілікті өнімнің тығыздығын арттыру үшін алюминий оксиді (Al₂O₃) немесе иттрий оксиді (Y₂O₃) сияқты агломерациялық көмекші құралдарды қосады.
Жартылай өткізгіштегі SiC мінсіз тазалық деңгейін талап етеді. Субстраттағы монокристалды SiC ≥99,9999% (6N) тазалықты қажет етеді, кейбір жоғары деңгейлі қолданбалар үшін 7N (99,99999%) тазалық қажет. Эпитаксиалды қабаттар қоспа концентрациясын 10¹⁶ атом/см³-ден төмен ұстауы керек (әсіресе B, Al және V сияқты терең деңгейдегі қоспаларды болдырмай). Тіпті темір (Fe), алюминий (Al) немесе бор (B) сияқты ізді қоспалар тасымалдаушының шашырауын тудырып, бұзылу өрісінің күшін азайтып, сайып келгенде, құрылғының өнімділігі мен сенімділігін төмендетіп, қоспаны қатаң бақылауды қажет ете отырып, электрлік қасиеттерге қатты әсер етуі мүмкін.
Кремний карбиді жартылай өткізгіш материал
- Айқын кристалдық құрылымдар мен сапа
Керамикалық дәрежелі SiC негізінен көптеген кездейсоқ бағытталған SiC микрокристалдарынан тұратын поликристалды ұнтақ немесе агломерленген денелер түрінде болады. Материалда нақты политиптерге қатаң бақылаусыз, оның орнына материалдың жалпы тығыздығы мен біркелкілігіне баса назар аударылатын бірнеше политиптер (мысалы, α-SiC, β-SiC) болуы мүмкін. Оның ішкі құрылымында дәндердің мол шекаралары мен микроскопиялық кеуектері бар және құрамында агломерациялық көмекші заттар болуы мүмкін (мысалы, Al₂O₃, Y₂O₃).
Жартылай өткізгішті дәрежелі SiC бір кристалды субстраттар немесе жоғары реттелген кристалдық құрылымдары бар эпитаксиалды қабаттар болуы керек. Ол нақты кристалды өсіру әдістері арқылы алынған арнайы политиптерді қажет етеді (мысалы, 4H-SiC, 6H-SiC). Электрондық мобильділік және жолақ аралығы сияқты электрлік қасиеттер политипті таңдауға өте сезімтал және қатаң бақылауды қажет етеді. Қазіргі уақытта 4H-SiC жоғары электрлік қасиеттеріне байланысты нарықта үстемдік етеді, соның ішінде тасымалдаушының жоғары қозғалғыштығы және бұзылу өрісінің күші, бұл оны қуат құрылғылары үшін өте қолайлы етеді.
- Процесс күрделілігін салыстыру
Керамикалық сортты SiC салыстырмалы түрде қарапайым өндірістік процестерді (ұнтақ дайындау → қалыптау → агломерация) қолданады, бұл «кірпіш жасау» сияқты. Процесс мыналарды қамтиды:
- Коммерциялық деңгейдегі SiC ұнтағын (әдетте микрон өлшемді) байланыстырғыштармен араластыру
- Басу арқылы қалыптау
- Бөлшектердің диффузиясы арқылы тығыздауға қол жеткізу үшін жоғары температурада агломерациялау (1600-2200 ° C)
Қолданбалардың көпшілігі >90% тығыздықпен қанағаттандырылуы мүмкін. Бүкіл процесс кристалдардың өсуін нақты бақылауды қажет етпейді, оның орнына консистенцияны қалыптастыруға және агломерациялауға назар аударады. Артықшылықтары салыстырмалы түрде төменірек тазалық талаптарымен күрделі пішіндер үшін процестің икемділігін қамтиды.
Жартылай өткізгіштегі SiC әлдеқайда күрделі процестерді қамтиды (жоғары таза ұнтақ дайындау → монокристалды субстраттың өсуі → эпитаксиалды пластинаның тұнбасы → құрылғының өндірісі). Негізгі қадамдар мыналарды қамтиды:
- Субстратты дайындау, ең алдымен, физикалық бу тасымалдау (PVT) әдісімен
- Төтенше жағдайларда SiC ұнтағын сублимациялау (2200-2400°C, жоғары вакуум)
- Температура градиенттерін (±1°C) және қысым параметрлерін дәл бақылау
- Біркелкі қалың, қоспаланған қабаттарды (әдетте бірнеше ондаған микрон) жасау үшін химиялық булардың тұндыру (CVD) арқылы эпитаксиалды қабаттың өсуі
Бүкіл процесс ластануды болдырмау үшін өте таза орталарды (мысалы, 10-сыныптағы таза бөлмелер) қажет етеді. Сипаттамаларға шикізаттың тазалығына (>99,9999%) және жабдықтың күрделілігіне қатаң талаптар қойылатын, жылу өрістері мен газ ағынының жылдамдығын бақылауды талап ететін өте жоғары технологиялық дәлдік кіреді.
- Шығындардың елеулі айырмашылықтары және нарықтық бағдарлар
Керамикалық деңгейдегі SiC ерекшеліктері:
- Шикізат: Коммерциялық ұнтақ
- Салыстырмалы түрде қарапайым процестер
- Төмен құны: тоннасына мыңнан он мыңдаған юань
- Кең қолданбалы заттар: абразивтер, отқа төзімді материалдар және басқа да шығынды қажет ететін салалар
Жартылай өткізгіштегі SiC ерекшеліктері:
- Субстраттың ұзақ өсу циклдері
- Күрделі ақауларды бақылау
- Төмен кірістілік көрсеткіштері
- Жоғары құны: 6 дюймдік субстрат үшін мыңдаған АҚШ доллары
- Бағдарланған нарықтар: қуат құрылғылары және РЖ құрамдастары сияқты өнімділігі жоғары электроника
Жаңа энергетикалық көліктер мен 5G коммуникацияларының қарқынды дамуымен нарықтағы сұраныс экспоненциалды түрде өсуде.
- Дифференциалды қолданбалы сценарийлер
Керамикалық дәрежедегі SiC негізінен құрылымдық қолданбалар үшін «өнеркәсіптік жұмыс күші» ретінде қызмет етеді. Өзінің тамаша механикалық қасиеттерін (жоғары қаттылық, тозуға төзімділік) және термиялық қасиеттерін (жоғары температураға төзімділік, тотығуға төзімділік) пайдалана отырып, ол:
- Абразивтер (ұнтақтау дөңгелектері, тегістеу қағазы)
- Отқа төзімді материалдар (жоғары температуралы пештердің төсемдері)
- Тозуға/коррозияға төзімді компоненттер (сорғы корпустары, құбыр төсемдері)
Кремний карбиді керамикалық құрылымдық компоненттер
Жартылай өткізгіштегі SiC электрондық құрылғылардағы бірегей артықшылықтарды көрсету үшін кең жолақты жартылай өткізгіш қасиеттерін пайдалана отырып, «электрондық элита» ретінде жұмыс істейді:
- Қуат құрылғылары: EV инверторлары, желілік түрлендіргіштер (қуатты түрлендіру тиімділігін арттыру)
- РЖ құрылғылары: 5G базалық станциялары, радиолокациялық жүйелер (жоғары жұмыс жиілігін қамтамасыз етеді)
- Оптоэлектроника: көк жарық диодтары үшін субстрат материалы
200 миллиметрлік SiC эпитаксиалды пластинасы
| Өлшем | Керамикалық сортты SiC | Жартылай өткізгіштегі SiC |
| Кристалл құрылымы | Поликристалды, көп политиптер | Монокристалды, қатаң таңдалған политиптер |
| Процесс фокусы | Тығыздау және пішінді бақылау | Кристаллдың сапасы мен электрлік қасиетін бақылау |
| Өнімділік басымдылығы | Механикалық беріктік, коррозияға төзімділік, термиялық тұрақтылық | Электрлік қасиеттер (жолақ, бұзылу өрісі және т.б.) |
| Қолдану сценарийлері | Құрылымдық бөлшектер, тозуға төзімді бөлшектер, жоғары температура компоненттері | Жоғары қуатты құрылғылар, жоғары жиілікті құрылғылар, оптоэлектронды құрылғылар |
| Шығындардың драйверлері | Процесс икемділігі, шикізат құны | Кристаллдың өсу қарқыны, жабдықтың дәлдігі, шикізаттың тазалығы |
Қорытындылай келе, түбегейлі айырмашылық олардың нақты функционалдық мақсаттарынан туындайды: керамикалық дәрежелі SiC «форманы (құрылымды)» пайдаланады, ал жартылай өткізгіштегі SiC «қасиеттерді (электрлік)» пайдаланады. Біріншісі үнемді механикалық/жылу өнімділігін көздейді, ал екіншісі жоғары таза, бір кристалды функционалды материал ретінде материалды дайындау технологиясының шыңын көрсетеді. Химиялық шығу тегі бірдей болғанымен, керамикалық және жартылай өткізгіштегі SiC тазалықта, кристалдық құрылымда және өндіріс процестерінде айқын айырмашылықтарды көрсетеді, бірақ екеуі де өнеркәсіптік өндіріске және өз салаларындағы технологиялық прогресске айтарлықтай үлес қосады.
XKH - жоғары тазалықтағы SiC керамикасынан бастап жартылай өткізгіштегі SiC кристалдарына дейін теңшелген әзірлеу, дәл өңдеу және бетті өңдеу қызметтерін ұсынатын ҒЗТКЖ және кремний карбиді (SiC) материалдарын өндіруге маманданған жоғары технологиялық кәсіпорын. Жетілдірілген дайындау технологиялары мен интеллектуалды өндірістік желілерді пайдалана отырып, XKH жартылай өткізгіш, жаңа энергетика, аэроғарыш және басқа да озық салалардағы клиенттер үшін реттелетін өнімділік (90%-7N тазалық) және құрылымымен басқарылатын (поликристалды/бір кристалды) SiC өнімдері мен шешімдерін ұсынады. Біздің өнімдер жартылай өткізгіш жабдықтарда, электр көліктерінде, 5G коммуникацияларында және ілеспе салаларда кеңінен қолданылады.
Төменде XKH шығарған кремний карбидті керамикалық құрылғылар берілген.
Жіберу уақыты: 30 шілде 2025 ж