Кремний карбиді (SiC) - жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде де, озық керамикалық өнімдерде де кездесетін ерекше қосылыс. Бұл көбінесе қарапайым адамдар арасында шатасуға әкеледі, олар оларды бір өнім түрі деп қателесуі мүмкін. Шын мәнінде, бірдей химиялық құрамға ие болғанымен, SiC тозуға төзімді озық керамика немесе жоғары тиімді жартылай өткізгіштер ретінде көрінеді, өнеркәсіптік қолданбаларда мүлдем басқа рөл атқарады. Керамикалық және жартылай өткізгіш SiC материалдары арасында кристалдық құрылым, өндіріс процестері, өнімділік сипаттамалары және қолдану салалары тұрғысынан айтарлықтай айырмашылықтар бар.
- Шикізатқа қойылатын әртүрлі тазалық талаптары
Керамикалық сапалы SiC ұнтақ шикізатына салыстырмалы түрде жеңіл тазалық талаптарына ие. Әдетте, 90%-98% тазалығы бар коммерциялық сапалы өнімдер қолданудың көптеген қажеттіліктерін қанағаттандыра алады, дегенмен жоғары өнімді құрылымдық керамика 98%-99,5% тазалықты қажет етуі мүмкін (мысалы, реакциямен байланысқан SiC бақыланатын бос кремний мөлшерін қажет етеді). Ол белгілі бір қоспаларға төзімді және кейде алюминий оксиді (Al₂O₃) немесе иттрий оксиді (Y₂O₃) сияқты күйдіру құралдарын әдейі біріктіріп, күйдіру өнімділігін жақсартады, күйдіру температурасын төмендетеді және соңғы өнімнің тығыздығын арттырады.
Жартылай өткізгіштік класты SiC тазалық деңгейінің дерлік деңгейін талап етеді. Субстрат класты монокристалды SiC ≥99,9999% (6N) тазалықты қажет етеді, ал кейбір жоғары деңгейлі қолданбалар 7N (99,99999%) тазалықты қажет етеді. Эпитаксиалды қабаттар қоспа концентрациясын 10¹⁶ атом/см³-ден төмен ұстауы керек (әсіресе B, Al және V сияқты терең деңгейлі қоспалардан аулақ болу керек). Тіпті темір (Fe), алюминий (Al) немесе бор (B) сияқты іздік қоспалар да тасымалдаушылардың шашырауын тудыру, бұзылу өрісінің беріктігін төмендету және сайып келгенде құрылғының өнімділігі мен сенімділігін төмендету арқылы электрлік қасиеттерге қатты әсер етуі мүмкін, бұл қоспаны қатаң бақылауды қажет етеді.
Кремний карбидті жартылай өткізгіш материал
- Әртүрлі кристалдық құрылымдар және сапа
Керамикалық SiC негізінен поликристалды ұнтақ немесе көптеген кездейсоқ бағытталған SiC микрокристалдарынан тұратын күйдірілген денелер түрінде болады. Материалда белгілі бір политиптерді қатаң бақылаусыз бірнеше политиптер (мысалы, α-SiC, β-SiC) болуы мүмкін, оның орнына материалдың жалпы тығыздығы мен біркелкілігіне баса назар аударылады. Оның ішкі құрылымында дән шекаралары мен микроскопиялық тесіктер мол, сондай-ақ күйдірілген көмекші заттар (мысалы, Al₂O₃, Y₂O₃) болуы мүмкін.
Жартылай өткізгіштік класты SiC монокристалды субстраттар немесе жоғары реттелген кристалдық құрылымдары бар эпитаксиалды қабаттар болуы керек. Ол дәл кристалды өсіру әдістері арқылы алынған арнайы политиптерді қажет етеді (мысалы, 4H-SiC, 6H-SiC). Электрондардың қозғалғыштығы және тыйым салынған аймақ сияқты электрлік қасиеттер политипті таңдауға өте сезімтал, бұл қатаң бақылауды қажет етеді. Қазіргі уақытта 4H-SiC жоғары тасымалдаушы қозғалғыштығы мен ыдырау өрісінің беріктігі сияқты жоғары электрлік қасиеттеріне байланысты нарықта басым, бұл оны қуат құрылғылары үшін өте қолайлы етеді.
- Процестің күрделілігін салыстыру
Керамикалық SiC «кірпіш жасау» сияқты салыстырмалы түрде қарапайым өндіріс процестерін (ұнтақ дайындау → қалыптау → күйдіру) қолданады. Процесс мыналарды қамтиды:
- Коммерциялық сапалы SiC ұнтағын (әдетте микрон өлшемінде) байланыстырғыштармен араластыру
- Престеу арқылы қалыптастыру
- Бөлшектердің диффузиясы арқылы тығыздауға қол жеткізу үшін жоғары температурада күйдіру (1600-2200°C)
Көптеген қолданбаларды 90%-дан астам тығыздықпен қанағаттандыруға болады. Бүкіл процесс кристалдардың өсуін дәл бақылауды қажет етпейді, оның орнына пішіндеу мен күйдіру консистенциясына бағытталған. Артықшылықтарына күрделі пішіндер үшін процестің икемділігі жатады, бірақ тазалық талаптары салыстырмалы түрде төмен.
Жартылай өткізгіштік класты SiC әлдеқайда күрделі процестерді қамтиды (жоғары тазалықтағы ұнтақты дайындау → монокристалды субстраттың өсуі → эпитаксиалды пластинаны тұндыру → құрылғыны жасау). Негізгі қадамдар мыналарды қамтиды:
- Негізінен физикалық бу тасымалдау (ФБТ) әдісі арқылы субстрат дайындау
- SiC ұнтағын экстремалды жағдайларда сублимациялау (2200-2400°C, жоғары вакуум)
- Температура градиенттерін (±1°C) және қысым параметрлерін дәл бақылау
- Біркелкі қалың, легирленген қабаттарды (әдетте бірнеше ондаған микроннан) жасау үшін химиялық бу тұндыру (ХБТ) арқылы эпитаксиалды қабаттың өсуі
Ластанудың алдын алу үшін бүкіл процесс аса таза ортаны (мысалы, 10-сыныпты таза бөлмелерді) қажет етеді. Сипаттамаларына жылу өрістері мен газ ағынының жылдамдығын бақылауды талап ететін, шикізат тазалығына (>99.9999%) және жабдықтың жетілдірілуіне қатаң талаптар қойылатын аса таза процесс дәлдігі кіреді.
- Бағаның айтарлықтай айырмашылықтары және нарықтық бағдарлар
Керамикалық SiC қасиеттері:
- Шикізат: Коммерциялық ұнтақ
- Салыстырмалы түрде қарапайым процестер
- Төмен құны: тоннасына мыңнан ондаған мың юаньға дейін
- Кең таралған қолданылуы: абразивті материалдар, отқа төзімді материалдар және басқа да шығындарға сезімтал салалар
Жартылай өткізгіштік класты SiC ерекшеліктері:
- Ұзақ субстрат өсу циклдары
- Ақауларды бақылау қиын
- Төмен кірістілік көрсеткіштері
- Жоғары құны: 6 дюймдік субстрат үшін мыңдаған АҚШ доллары
- Бағытталған нарықтар: Қуат құрылғылары және радиожиілік компоненттері сияқты жоғары өнімді электроника
Жаңа энергия көздерін пайдаланатын көліктер мен 5G байланысының қарқынды дамуымен нарықтық сұраныс экспоненциалды түрде өсуде.
- Дифференциалданған қолданба сценарийлері
Керамикалық сапалы SiC негізінен құрылымдық қолданбалар үшін «өнеркәсіптік жұмыс күші» ретінде қызмет етеді. Ол өзінің тамаша механикалық қасиеттерін (жоғары қаттылық, тозуға төзімділік) және термиялық қасиеттерін (жоғары температураға төзімділік, тотығуға төзімділік) пайдалана отырып, келесі қасиеттерде ерекшеленеді:
- Абразивтер (тегістеу дөңгелектері, зімпара)
- Отқа төзімді заттар (жоғары температуралы пеш қаптамалары)
- Тозуға/коррозияға төзімді компоненттер (сорғы корпустары, құбыр төсемдері)
Кремний карбидінің керамикалық құрылымдық компоненттері
Жартылай өткізгіштік класты SiC электронды құрылғылардағы бірегей артықшылықтарды көрсету үшін кең жолақты жартылай өткізгіш қасиеттерін пайдалана отырып, «электронды элита» ретінде жұмыс істейді:
- Қуат құрылғылары: электромобиль инверторлары, электрлік түрлендіргіштер (қуатты түрлендіру тиімділігін арттыру)
- РФ құрылғылары: 5G базалық станциялары, радарлық жүйелер (жоғары жұмыс жиіліктерін қамтамасыз етеді)
- Оптоэлектроника: көк жарықдиодтарға арналған негіз материалы
200 миллиметрлік SiC эпитаксиалды пластинасы
| Өлшемі | Керамикалық сапалы SiC | Жартылай өткізгіштік класты SiC |
| Кристалдық құрылым | Поликристалды, бірнеше политипті | Монокристалды, қатаң таңдалған политиптер |
| Процестің бағыты | Тығыздау және пішінді бақылау | Кристалл сапасы және электрлік қасиеттерді бақылау |
| Өнімділік басымдығы | Механикалық беріктік, коррозияға төзімділік, термиялық тұрақтылық | Электрлік қасиеттер (тыйым салу аймағы, сыну өрісі және т.б.) |
| Қолдану сценарийлері | Құрылымдық компоненттер, тозуға төзімді бөлшектер, жоғары температуралы компоненттер | Жоғары қуатты құрылғылар, жоғары жиілікті құрылғылар, оптоэлектронды құрылғылар |
| Шығын драйверлері | Процестің икемділігі, шикізат құны | Кристаллдың өсу жылдамдығы, жабдықтың дәлдігі, шикізаттың тазалығы |
Қысқаша айтқанда, негізгі айырмашылық олардың нақты функционалдық мақсаттарынан туындайды: керамикалық сапалы SiC «пішінді (құрылымды)» пайдаланады, ал жартылай өткізгіш сапалы SiC «қасиеттерді (электрлік)» пайдаланады. Біріншісі тиімді механикалық/жылулық өнімділікті көздейді, ал соңғысы жоғары тазалықтағы, монокристалды функционалды материал ретінде материал дайындау технологиясының шыңын білдіреді. Бірдей химиялық шығу тегіне ие болғанымен, керамикалық және жартылай өткізгіш сапалы SiC тазалықта, кристалдық құрылымда және өндіріс процестерінде айқын айырмашылықтарды көрсетеді, бірақ екеуі де өз салаларында өнеркәсіптік өндіріс пен технологиялық прогреске айтарлықтай үлес қосады.
XKH - кремний карбиді (SiC) материалдарын зерттеу және өндіруге мамандандырылған жоғары технологиялық кәсіпорын, жоғары тазалықтағы SiC керамикасынан бастап жартылай өткізгіштік класты SiC кристалдарына дейін жекешелендірілген әзірлемелерді, дәл өңдеуді және беттік өңдеу қызметтерін ұсынады. Озық дайындау технологияларын және интеллектуалды өндіріс желілерін пайдалана отырып, XKH жартылай өткізгіш, жаңа энергетика, аэроғарыш және басқа да заманауи салалардағы клиенттер үшін реттелетін өнімділікпен (90%-7N тазалық) және құрылыммен басқарылатын (поликристалды/монокристалды) SiC өнімдері мен шешімдерін ұсынады. Біздің өнімдеріміз жартылай өткізгіш жабдықтарда, электр көліктерінде, 5G байланысында және онымен байланысты салаларда кеңінен қолданылады.
Төменде XKH шығарған кремний карбидті керамикалық құрылғылар келтірілген.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 30 шілде