Карбід крэмнію (SiC) — гэта захапляльнае злучэнне. Яго можна знайсці ў паўправадніковай прамысловасці і ў вырабах з перадавой керамікі. Гэта часта прыводзіць да блытаніны, бо людзі могуць думаць, што гэта адзін і той жа матэрыял. Аднак гэта не так. Карбід крэмнію можа быць як цвёрдай, зносаўстойлівай перадавой керамікай, так і эфектыўным, энергазберагальным паўправадніком. Нягледзячы на тое, што абедзве формы маюць аднолькавыя... хімічны Па сваім складзе яны выконваюць дзве зусім розныя ролі ў прамысловым сектары. Керамічны карбід крэмнію і паўправадніковы карбід крэмнію істотна адрозніваюцца крышталічнай структурай, працэсамі атрымання, эксплуатацыйнымі характарыстыкамі і сферай прымянення:
Патрабаванні да чысціні сыравіны
Карбід крэмнію керамічнага класа мае адносна нізкія патрабаванні да чысціні. Звычайна яна знаходзіцца ў дыяпазоне ад 90% да 98% для вырабаў агульнага прамысловага класа. Для высокапрадукцыйнай канструкцыйнай керамікі можа патрабавацца чысціня ад 98% да 99,5%. Напрыклад, рэакцыйна спечаны SiC патрабуе нізкага ўтрымання свабоднага крэмнію. Гэта дапускае невялікую колькасць прымешак. Часам дадаюць дапаможныя рэчывы для спякання, такія як аксід алюмінію (Al₂O₃) або аксід ітрыю (Y₂O₃). Гэтыя дабаўкі паляпшаюць прадукцыйнасць спякання. Яны дапамагаюць знізіць тэмпературу спякання і павялічыць шчыльнасць канчатковага прадукту.
Паўправадніковы карбід крэмнію патрабуе надзвычай высокай чысціні. Монакрышталічны SiC на ўзроўні падложкі павінен мець чысціню ≥99,9999% (6N). Некаторыя высокапрадукцыйныя прымяненні патрабуюць чысціні 7N (99,99999%). Канцэнтрацыі прымешак, асабліва бору (B), алюмінію (Al) і ванадыю (V), павінны падтрымлівацца ніжэй за 10¹⁶ атамаў/см³. Нават слядовыя колькасці прымешак, такіх як жалеза (Fe) або бор (B), могуць сур'ёзна паўплываць на электрычныя характарыстыкі. Гэта прыводзіць да рассейвання носьбітаў зарада, зніжэння прабойнай трываласці, а таксама зніжэння прадукцыйнасці і надзейнасці прылады.
Крышталічная структура і якасць
Карбід крэмнію керамічнага класа звычайна існуе ў выглядзе полікрышталічнага парашка або спечаных цел. Яны складаюцца з выпадкова размешчаных дробных крышталяў SiC. Крышталічная структура ўключае ў сябе некалькі крышталічных формаў, такіх як α-SiC і β-SiC. Няма строгіх патрабаванняў да тыпу адзінага крышталя. Асноўная ўвага надаецца шчыльнасці і аднастайнасці матэрыялу. Яго ўнутраная структура ўтрымлівае межы зерняў і дробныя пары. Яна таксама можа ўключаць дапаможныя рэчывы для спякання, такія як аксід алюмінію або аксід ітрыю.
Паўправадніковы карбід крэмнію павінен быць монакрышталічнай падкладкай або эпітаксіяльным пластом. Крышталічная структура высокаўпарадкаваная. Неабходна кантраляваць пэўныя тыпы крышталяў. Выкарыстоўваюцца высокадакладныя метады вырошчвання крышталяў, такія як 4H-SiC і 6H-SiC. Электрычныя ўласцівасці, такія як рухомасць электронаў і шырыня забароненай зоны, вельмі адчувальныя да тыпу крышталя. Тып крышталя 4H-SiC пераважнейшы для сілавых прылад. Ён забяспечвае высокую рухомасць носьбітаў і прабойную трываласць.
Працэс падрыхтоўкі
Працэс падрыхтоўкі карбіду крэмнію керамічнага класа адносна просты. Ён уключае падрыхтоўка парашка, фармаванне і спяканне. Гэты працэс падобны на «абпал цэглы». Парашок SiC прамысловага класа, звычайна мікроннага памеру, змешваецца са звязальным рэчывам. Сумесь прэсуецца ў форму. Затым яна спякаецца пры высокіх тэмпературах (1600°C - 2200°C). Гэта выклікае дыфузію паміж часціцамі для ўшчыльнення матэрыялу. Звычайна дастаткова шчыльнасці 90% або больш. Працэс не патрабуе дакладнага кантролю росту крышталяў. Ён сканцэнтраваны на стабільнасці і паслядоўнасці фармавання і спякання. Гэтая гнуткасць дазваляе вырабляць кампаненты складанай формы. Патрабаванні да чысціні сыравіны адносна нізкія.
Працэс падрыхтоўкі карбіду крэмнію паўправадніковага класа значна больш складаны. Ён уключае ў сябе падрыхтоўка высокачыстага парашка, рост монакрышталічных падложак, эпітаксіяльнае нанясенне пластоў і вытворчасць прылад. Монакрышталічныя падложкі звычайна вырошчваюцца з выкарыстаннем фізічнага пераносу паравой фазы (PVT). Гэта патрабуе высокіх тэмператур (2200°C – 2400°C) і ўмоў высокага вакууму. Для забеспячэння цэласнасці крышталя патрабуецца дакладны кантроль градыентаў тэмпературы (±1°C) і ціску. Пасля гэтага для вырошчвання эпітаксіяльнага пласта выкарыстоўваецца хімічнае нанясенне паравой фазы (CVD). Працэс павінен праходзіць у звышчыстых асяроддзях, такіх як чыстыя памяшканні класа 10. Для падтрымання характарыстык матэрыялу неабходна прадухіліць забруджванне. Гэты працэс вельмі дакладны. Патрабуецца строгая чысціня сыравіны (>99.9999%) і стандарты абсталявання.
Розніца ў кошце і арыентацыя на рынак
Карбід крэмнію керамічнага класа таннейшы. Для яго вытворчасці выкарыстоўваецца парашок SiC прамысловага класа, а працэс падрыхтоўкі прасцейшы. Кошт за тону звычайна вагаецца ад тысяч да дзясяткаў тысяч юаняў. Яго рынак прымянення шырокі, у асноўным ён арыентаваны на такія галіны прамысловасці, як абразівы, вогнетрывалыя матэрыялы і іншыя сектары, адчувальныя да выдаткаў.
Паўправадніковы карбід крэмнію надзвычай дарагі. Працэс падрыхтоўкі падкладкі працяглы. Кантроль дэфектаў складаны. Тэмпература выхаду прадукцыі нізкая. 6-цалевая падкладка можа каштаваць некалькі тысяч долараў. Яе рынак сканцэнтраваны на высакаякасных электронных галінах. Да іх адносяцца сілавыя паўправадніковыя прылады і радыёчастотныя кампаненты. З хуткім ростам такіх галін прамысловасці, як электрамабілі і сувязь 5G, попыт на рынку хутка расце.
Вобласці прымянення
Карбід крэмнію керамічнага класа — гэта «прамысловы вынослівы хлопец». Ён у асноўным выкарыстоўваецца ў якасці канструкцыйнага матэрыялу. Ён мае выдатныя механічныя ўласцівасці, такія як высокая цвёрдасць і зносаўстойлівасць. Ён таксама мае выдатныя цеплавыя ўласцівасці, такія як устойлівасць да высокіх тэмператур і акіслення. Ён шырока выкарыстоўваецца ў абразівах (шліфавальныя кругі, наждачная папера), вогнетрывалых матэрыялах (футэроўка печаў) і зносаўстойлівых/каразійна-ўстойлівых кампанентах (корпусы помпаў, футроўка труб).
Паўправадніковы карбід крэмнію — гэта «электронная эліта». Ён выкарыстоўвае свае паўправадніковыя ўласцівасці з шырокай забароненай зонай. Ён забяспечвае унікальныя перавагі ў электронных прыладах. У сілавых прыладах, такіх як інвертары для электрамабіляў і пераўтваральнікі для электрасетак, ён паляпшае эфектыўнасць пераўтварэння энергіі і памяншае страты энергіі. У радыёчастотных прыладах, такіх як базавыя станцыі 5G і радары, паўправадніковы SiC паляпшае працоўную частату і магчымасці перадачы сігналу. Ён таксама выкарыстоўваецца ў оптаэлектронных прыладах, такіх як падкладкі для сініх святлодыёдаў, спрыяючы стварэнню яркіх сініх крыніц святла.
| Памеры | Карбід крэмнію для керамікі | Карбід крэмнію для паўправаднікоў |
| Крышталічная структура | Полікрышталічны, розныя крышталічныя формы | Монакрышталь, строгі скрынінг крышталічнай формы |
| Падрыхтоўка ў цэнтры ўвагі | Ушчыльненне і кантроль формы | Кантроль якасці крышталя і электрычных характарыстык |
| Прыярытэт прадукцыйнасці | Механічная трываласць, каразійная ўстойлівасць, тэрмічная стабільнасць | Электрычныя ўласцівасці (шырыня забароненай зоны, прабойнае электрычнае поле і г.д.) |
| Сцэнарыі прымянення | Канструкцыйныя дэталі, зносаўстойлівыя дэталі, дэталі, устойлівыя да высокіх тэмператур | Высокамагутныя прылады, высокачастотныя прылады, оптаэлектронныя прылады |
| Арыентавана на выдаткі | Гнуткасць працэсу, кошт сыравіны | Хуткасць росту крышталяў, дакладнасць абсталявання, чысціня сыравіны |
Эпічны парашок
У заключэнне, Epic Powder адыгрывае вырашальную ролю ў развіцці вытворчасці карбіду крэмнію як керамічнага, так і паўправадніковага класа. Забяспечваючы перадавое абсталяванне для драбнення, такое як шаравыя млыны, струменевыя млыны і класіфікатары, Epic Powder гарантуе, што сыравіна адпавядае строгім патрабаванням да чысціні, структуры і прадукцыйнасці для розных ужыванняў. Нашы індывідуальныя рашэнні падтрымліваюць галіны прамысловасці ад керамікі да паўправаднікоў, забяспечваючы найвышэйшыя стандарты ў апрацоўцы матэрыялаў і спрыяючы тэхналагічнаму прагрэсу ў розных сектарах.