Áp dụng các vật liệu trường nhiệt dựa trên carbon trong sự phát triển tinh thể cacbua silicon

Ⅰ. Giới thiệu về vật liệu SiC:

1. Tổng quan về các thuộc tính vật liệu:

Cácchất bán dẫn thế hệ thứ bađược gọi là chất bán dẫn hỗn hợp, và độ rộng vùng cấm của nó là khoảng 3,2eV, gấp ba lần độ rộng vùng cấm của vật liệu bán dẫn gốc silicon (1,12eV đối với vật liệu bán dẫn gốc silicon), vì vậy nó còn được gọi là chất bán dẫn vùng cấm rộng. Các thiết bị bán dẫn dựa trên silicon có các giới hạn vật lý khó vượt qua trong một số tình huống ứng dụng ở nhiệt độ cao, áp suất cao và tần số cao. Việc điều chỉnh cấu trúc thiết bị không còn đáp ứng được nhu cầu và vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba được đại diện bởi SiC vàCả haiđã xuất hiện.

2. Ứng dụng các thiết bị SIC:

Dựa trên hiệu suất đặc biệt của nó, các thiết bị SIC sẽ dần thay thế dựa trên silicon trong lĩnh vực nhiệt độ cao, áp suất cao và tần số cao và đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp 5G, radar vi sóng, không gian vũ trụ, phương tiện năng lượng mới, vận chuyển đường sắt, thông minh Lưới, và các trường khác.

3. Cách pha chế:

(1)Vận chuyển hơi vật lý (PVT): Nhiệt độ tăng trưởng khoảng 2100 ~ 2400oC. Ưu điểm là công nghệ hoàn thiện, chi phí sản xuất thấp và chất lượng và năng suất tinh thể không ngừng được cải thiện. Nhược điểm là khó cung cấp nguyên liệu liên tục và khó kiểm soát tỷ lệ các thành phần pha khí. Hiện nay rất khó thu được tinh thể loại P.

(2)Phương pháp giải pháp hạt giống hàng đầu (TSSG): Nhiệt độ tăng trưởng là khoảng 2200oC. Ưu điểm là nhiệt độ tăng trưởng thấp, ứng suất thấp, ít khuyết tật sai lệch, pha tạp loại P, 3Ctăng trưởng tinh thể, và mở rộng đường kính dễ dàng. Tuy nhiên, khuyết tật bao gồm kim loại vẫn tồn tại và nguồn cung cấp Si/C liên tục còn kém.

(3)Sự lắng đọng hơi hóa học nhiệt độ cao (HTCVD): Nhiệt độ tăng trưởng là khoảng 1600 ~ 1900. Ưu điểm là cung cấp liên tục các nguyên liệu thô, kiểm soát chính xác tỷ lệ SI/C, độ tinh khiết cao và pha tạp thuận tiện. Những nhược điểm là chi phí cao của nguyên liệu thô, độ khó cao trong việc xử lý kỹ thuật khí thải trường nhiệt, khiếm khuyết cao và trưởng thành kỹ thuật thấp.

Ⅱ. Phân loại chức năng củatrường nhiệtnguyên vật liệu

1. Hệ thống cách nhiệt:

Chức năng: Xây dựng gradient nhiệt độ cần thiết chotăng trưởng tinh thể

Yêu cầu: Độ dẫn nhiệt, độ dẫn điện, độ tinh khiết của các hệ thống vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ cao trên 2000 ℃

2. nồi nấu kim loạihệ thống:

Chức năng: 

① Bộ phận làm nóng; 

Container tăng trưởng

Yêu cầu: Điện trở suất, độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt, độ tinh khiết

3. Lớp phủ TACthành phần:

Chức năng: ức chế sự ăn mòn của than chì cơ sở bằng SI và ức chế các vùi C

Yêu cầu: Mật độ lớp phủ, độ dày lớp phủ, độ tinh khiết

4. Than chì xốpthành phần:

Chức năng: 

① Lọc các thành phần hạt carbon; 

② Bổ sung nguồn carbon

Yêu cầu: Độ truyền qua, độ dẫn nhiệt, độ tinh khiết

Ⅲ. Giải pháp hệ thống trường nhiệt

Hệ thống cách nhiệt:

Xy lanh bằng cách nhiệt carbon/carbon bên trong có mật độ bề mặt cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống sốc nhiệt tốt. Nó có thể làm giảm sự ăn mòn của silicon bị rò rỉ từ nồi nấu kim loại sang vật liệu cách nhiệt bên, do đó đảm bảo tính ổn định của trường nhiệt.

Các thành phần chức năng:

(1)Tantalum cacbua trángthành phần

(2)Than chì xốpthành phần

(3)Hỗn hợp cacbon/cacbonthành phần trường nhiệt