סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק קעגן האַלב-קאָנדוקטאָר סיליקאָן קאַרבייד: דער זעלביקער מאַטעריאַל מיט צוויי באַזונדערע גורלות

1. דיווערדזשענט ריינקייט רעקווייערמענץ פֿאַר רוי מאַטעריאַלס

 

קעראַמיק-גראַד SiC האט רעלאַטיוו לייכטע ריינקייט רעקווייערמענץ פֿאַר זיין פּודער רוי מאַטעריאַל. טיפּישערווייַז, קאמערציעלע-גראַד פּראָדוקטן מיט 90%-98% ריינקייט קענען מקיים זיין רובֿ אַפּליקאַציע באדערפענישן, כאָטש הויך-פאָרשטעלונג סטרוקטורעל קעראַמיקס קען דאַרפן 98%-99.5% ריינקייט (למשל, רעאַקציע-געבונדן SiC ריקווייערז קאַנטראָולד פריי סיליקאָן אינהאַלט). עס טאָלערייץ זיכער ימפּיוראַטיז און מאל בעוואוסטזיניק ינקאָרפּערייץ סינטערינג הילפסמיטלען ווי אַלומינום אָקסייד (Al₂O₃) אָדער יטריום אָקסייד (Y₂O₃) צו פֿאַרבעסערן סינטערינג פאָרשטעלונג, נידעריקער סינטערינג טעמפּעראַטורעס, און פאַרגרעסערן לעצט פּראָדוקט געדיכטקייַט.

 

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC פארלאנגט כּמעט-פּערפעקטע ריינקייט לעוועלס. סאַבסטראַט-גראַד איין-קריסטאַל SiC פארלאנגט ≥99.9999% (6N) ריינקייט, מיט עטלעכע הויך-ענד אַפּלאַקיישאַנז וואָס דאַרפן 7N (99.99999%) ריינקייט. עפּיטאַקסיאַל לייַערס מוזן האַלטן די פֿאַרפּעסטיקונג קאָנצענטראַציעס אונטער 10¹⁶ אַטאָמס/קמ³ (ספּעציעל אַוווידינג טיף-לעוועל פֿאַרפּעסטיקונגען ווי B, Al, און V). אפילו שפּורן פון פֿאַרפּעסטיקונגען ווי אייַזן (Fe), אַלומינום (Al), אָדער באָר (B) קענען ערנסט ווירקן עלעקטרישע אייגנשאַפטן דורך פאַרשאַפן טרעגער סקאַטערינג, רעדוצירן ברייקדאַון פעלד שטאַרקייט, און לעסאָף קאָמפּראָמיטירן די מיטל פאָרשטעלונג און רילייאַבילאַטי, וואָס נייטיקט שטרענגע פֿאַרפּעסטיקונג קאָנטראָל.

 

סיליקאָן קאַרבייד האַלב-קאָנדוקטאָר מאַטעריאַל

 

2. באַזונדערע קריסטאַל סטרוקטורן און קוואַליטעט

 

קעראַמיש-גראַד SiC עקזיסטירט בפֿרט ווי פּאָליקריסטאַלין פּודער אָדער סינטערד קערפּערס צוזאַמענגעשטעלט פֿון צאָלרײַכע ראַנדאָם אָריענטירטע SiC מיקראָקריסטאַלן. דער מאַטעריאַל קען אַנטהאַלטן קייפל פּאָליטייפּס (למשל, α-SiC, β-SiC) אָן שטרענגע קאָנטראָל איבער ספּעציפֿישע פּאָליטייפּס, מיט אַ טראָפּ אַנשטאָט אויף אַלגעמיינער מאַטעריאַל געדיכטקייט און איינהייטלעכקייט. זײַן אינערלעכע סטרוקטור פֿאַרמאָגט פֿילע קערל גרענעצן און מיקראָסקאָפּישע פּאָרן, און קען אַנטהאַלטן סינטערינג הילף-מיטלען (למשל, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC מוז זיין איין-קריסטאַל סאַבסטראַטן אָדער עפּיטאַקסיאַל לייַערס מיט העכסט אָרדערד קריסטאַל סטרוקטורן. עס ריקווייערז ספּעציפיש פּאָליטייפּס באקומען דורך פּינקטלעכקייט קריסטאַל וווּקס טעקניקס (למשל, 4H-SiC, 6H-SiC). עלעקטרישע פּראָפּערטיעס ווי עלעקטראָן מאָביליטי און באַנדגאַפּ זענען גאָר סענסיטיוו צו פּאָליטיפּ סעלעקציע, וואָס נייטיקט שטרענג קאָנטראָל. איצט דאָמינירט 4H-SiC דעם מאַרק רעכט צו זייַנע העכערע עלעקטרישע פּראָפּערטיעס אַרייַנגערעכנט הויך טרעגער מאָביליטי און ברייקדאַון פעלד שטאַרקייט, מאכן עס ידעאַל פֿאַר מאַכט דעוויסעס.

 

3. פּראָצעס קאָמפּלעקסיטי פאַרגלייַך

 

קעראַמיש-גראַד SiC ניצט רעלאַטיוו פּשוטע פאַבריקאַציע פּראָצעסן (פּודער צוגרייטונג → פאָרמינג → סינטערינג), ענלעך צו "ציגל-מאכן." דער פּראָצעס נעמט אַרײַן:

 

• מישן קאמערציעלע-קלאס SiC פּודער (געווענליך מיקראן-גרייס) מיט בינדערס
• פאָרמינג דורך דריקן
• הויך-טעמפּעראַטור סינטערינג (1600-2200°C) צו דערגרייכן דענסיפיקאַציע דורך פּאַרטיקל דיפוזיע
  רובֿ אַפּליקאַציעס קענען זיין צופֿרידן מיט >90% געדיכטקייט. דער גאַנצער פּראָצעס דאַרף נישט קיין פּינקטלעכע קריסטאַל וווּקס קאָנטראָל, נאָר קאָנצענטרירט זיך אויף פֿאָרמירונג און סינטערינג קאָנסיסטענסי. מעלות אַרייַננעמען פּראָצעס בייגיקייט פֿאַר קאָמפּלעקסע פֿאָרמען, כאָטש מיט רעלאַטיוו נידעריקער ריינקייט רעקווייערמענץ.

 

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC נעמט אַרײַן פֿיל מער קאָמפּליצירטע פּראָצעסן (הויך-ריינקייט פּודער צוגרייטונג → איין-קריסטאַל סאַבסטראַט וווּקס → עפּיטאַקסיאַל וועיפער דעפּאַזישאַן → דעוויס פאַבריקאַציע). שליסל טריט אַרייַננעמען:

 

• סאַבסטראַט צוגרייטונג בפֿרט דורך פיזיש פארע טראַנספּאָרט (PVT) מעטאָד
• סובלימאַציע פון SiC פּודער ביי עקסטרעמע באדינגונגען (2200-2400°C, הויך וואַקוום)
• פּינקטלעכע קאָנטראָל פון טעמפּעראַטור גראַדיענטן (±1°C) און דרוק פּאַראַמעטערס
• עפּיטאַקסיאַל שיכט וווּקס דורך כעמישע פארע דעפּאַזישאַן (CVD) צו שאַפֿן יונאַפאָרם דיק, דאָפּעד לייַערס (טיפּיקלי עטלעכע ביז צענדליקער מיקראָנס)
  דער גאנצער פּראָצעס פארלאנגט גאָר ריינע סביבות (למשל, קלאַס 10 ריינע צימערן) צו פאַרמייַדן קאָנטאַמינאַציע. כאַראַקטעריסטיקס אַרייַננעמען עקסטרעמע פּראָצעס פּינקטלעכקייט, וואָס פארלאנגט קאָנטראָל איבער טערמישע פעלדער און גאַז לויפן ראַטעס, מיט שטרענגע רעקווירעמענץ פֿאַר ביידע רוי מאַטעריאַל ריינקייט (>99.9999%) און ויסריכט ראַפינירטקייט.

 

4. באַדײַטנדיקע קאָסטן אונטערשיידן און מאַרק אָריענטאַציעס

 

קעראַמיק-גראַד SiC פֿעיִקייטן:

• רוי מאַטעריאַל: קאמערציעלע-מיינונג פּודער
• רעלאַטיוו פּשוטע פּראָצעסן
• נידעריקע קאָסטן: טויזנטער ביז צענדליקער טויזנטער RMB פּער טאָן
• ברייטע אַפּליקאַציעס: אַברייסיווז, רעפראַקטאָריעס, און אַנדערע קאָסטן-סענסיטיוו ינדאַסטריז

 

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC פֿעיִקייטן:

• לאַנגע סאַבסטראַט וווּקס ציקלען
• שווערע דעפעקט קאָנטראָל
• נידעריקע ייעלד ראַטעס
• הויכע קאסטן: טויזנטער דאלאר פער 6-אינטש סאַבסטראַט
• פאָקוסירטע מאַרקן: הויך-פאָרשטעלונג עלעקטראָניק ווי מאַכט דעוויסעס און RF קאַמפּאָונאַנץ
  מיט דער שנעלער אַנטוויקלונג פון נייע ענערגיע-פאָרמיטלען און 5G קאָמוניקאַציע, וואַקסט די מאַרק-פאָדערונג עקספּאָנענציעל.

 

5. דיפערענצירטע אַפּליקאַציע סצענאַרן

 

קעראַמיש-גראַד SiC דינט ווי דער "אינדוסטריעלער אַרבעטספערד" בפֿרט פֿאַר סטרוקטורעלע אַפּליקאַציעס. ניצנדיק זייַנע אויסגעצייכנטע מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן (הויך כאַרטקייט, טראָגן קעגנשטעל) און טערמישע אייגנשאַפֿטן (הויך טעמפּעראַטור קעגנשטעל, אַקסאַדיישאַן קעגנשטעל), עס איז אויסגעצייכנט אין:

 

• אַברייסיווז (שלייף רעדער, סאַנדפּייפּער)
• רעפראַקטאָריעס (הויך-טעמפּעראַטור אויוון ליינינגז)
• טראָגן/קעראָוזשאַן-קעגנשטעליק קאָמפּאָנענטן (פּאָמפּע קערפּער, רער ליינינגז)

 

סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק סטרוקטורעלע קאָמפּאָנענטן

 

האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC פונקציאָנירט ווי די "עלעקטראָנישע עליטע," ניצנדיק זייַנע ברייטע באַנדגאַפּ האַלב-קאָנדוקטאָר אייגנשאַפטן צו דעמאָנסטרירן יינציקע מעלות אין עלעקטראָנישע דעוויסעס:

 

• מאַכט דעוויסעס: EV ינווערטערס, גריד קאָנווערטערס (פאַרבעסערן מאַכט קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייַט)
• RF דעוויסעס: 5G באַזע סטאַנציעס, ראַדאַר סיסטעמען (וואָס ערמעגלעכן העכערע אַפּערייטינג פרעקווענצן)
• אָפּטאָעלעקטראָניק: סאַבסטראַט מאַטעריאַל פֿאַר בלויע לעדס

 

200-מילימעטער SiC עפּיטאַקסיאַל וועיפער

 

דימענסיע	קעראַמיש-גראַד SiC	האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC
קריסטאַל סטרוקטור	פּאָליקריסטאַלין, קייפל פּאָליטייפּס	איין קריסטאַל, שטרענג אויסגעקליבענע פּאָליטיפּעס
פּראָצעס פאָקוס	פארדעכטיגונג און פארעם קאנטראל	קריסטאַל קוואַליטעט און עלעקטרישע פאַרמאָג קאָנטראָל
פאָרשטעלונג פּריאָריטעט	מעכאנישע שטאַרקייט, קעראָוזשאַן קעגנשטעל, טערמישע פעסטקייט	עלעקטרישע אייגנשאפטן (באַנדגאַפּ, ברייקדאַון פעלד, אאז"וו)
אַפּליקאַציע סצענאַריאָס	סטרוקטורעלע קאָמפּאָנענטן, טראָגן-קעגנשטעליק טיילן, הויך-טעמפּעראַטור קאָמפּאָנענטן	הויך-מאַכט דעוויסעס, הויך-פרעקווענץ דעוויסעס, אָפּטאָעלעקטראָניק דעוויסעס
קאָסטן דרייווערס	פּראָצעס בייגיקייט, רוי מאַטעריאַל קאָסטן	קריסטאַל וווּקס קורס, ויסריכט פּינקטלעכקייט, רוי מאַטעריאַל ריינקייט

 

אין קורצן, דער פונדאַמענטאַלער אונטערשייד שטאַמט פֿון זייערע באַזונדערע פֿונקציאָנעלע צוועקן: קעראַמיק-גראַד SiC ניצט "פֿאָרעם (סטרוקטור)" בשעת האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC ניצט "אייגנשאפטן (עלעקטרישע)." דער ערשטער פֿאַרפֿאָלגט קאָסטן-עפֿעקטיווע מעכאַנישע/טערמישע פאָרשטעלונג, בשעת דער צווייטער רעפּרעזענטירט דעם שפּיץ פֿון מאַטעריאַל צוגרייטונג טעכנאָלאָגיע ווי הויך-ריינקייט, איין-קריסטאַל פֿונקציאָנעל מאַטעריאַל. כאָטש זיי טיילן דעם זעלבן כעמישן אָפּשטאַם, ווײַזן קעראַמיק-גראַד און האַלב-קאָנדוקטאָר-גראַד SiC קלאָרע אונטערשיידן אין ריינקייט, קריסטאַל סטרוקטור, און פֿאַבריקאַציע פּראָצעסן - אָבער ביידע מאַכן באַדײַטנדיקע בײַשטײַער צו אינדוסטריעלער פּראָדוקציע און טעקנאַלאָגישער פֿאָרשריט אין זייערע ריספּעקטיווע געביטן.