Электронная почта: [email protected]

Керамический карбид кремния против полупроводникового карбида кремния

карбид кремния (SiC) — это интересное соединение. Его можно встретить в полупроводниковой промышленности и в современных керамических изделиях. Это часто приводит к путанице, поскольку люди могут думать, что это один и тот же материал. Однако это не так. Карбид кремния может быть как твёрдой, износостойкой современной керамикой, так и эффективным, энергосберегающим полупроводником. Хотя обе формы имеют одинаковые… химический В зависимости от состава, они играют две совершенно разные роли в промышленности. Керамический карбид кремния и полупроводниковый карбид кремния существенно различаются по кристаллической структуре, процессам получения, эксплуатационным характеристикам и областям применения:

Требования к чистоте сырья

Карбид кремния керамического качества предъявляет относительно низкие требования к чистоте. Для изделий общепромышленного назначения он обычно находится в диапазоне от 90% до 98%. Для высокопроизводительной конструкционной керамики может потребоваться чистота от 98% до 99,5%. Например, для реакционно-спеченного SiC требуется низкое содержание свободного кремния. Это допускает небольшое количество примесей. Иногда добавляют спекающие добавки, такие как оксид алюминия (Al₂O₃) или оксид иттрия (Y₂O₃). Эти добавки улучшают спекание. Они способствуют снижению температуры спекания и повышению плотности конечного продукта.

Карбид кремния полупроводникового качества требует чрезвычайно высокой чистоты. Монокристаллический SiC на уровне подложки должен иметь чистоту ≥99,9999% (6N). Для некоторых высокопроизводительных приложений требуется чистота 7N (99,99999%). Концентрация примесей, особенно бора (B), алюминия (Al) и ванадия (V), должна поддерживаться ниже 10¹⁶ атомов/см³. Даже следовые количества примесей, таких как железо (Fe) или бор (B), могут существенно повлиять на электрические характеристики. Это приводит к рассеянию носителей заряда, снижению электрической прочности и снижению производительности и надежности устройства.

Полупроводниковый карбид кремния

Кристаллическая структура и качество

Керамический карбид кремния обычно существует в виде поликристаллического порошка или спечённых изделий. Они состоят из хаотично расположенных мелких кристаллов SiC. Кристаллическая структура включает несколько кристаллических модификаций, таких как α-SiC и β-SiC. Строгих требований к монокристаллическому типу нет. Основное внимание уделяется плотности и однородности материала. Его внутренняя структура содержит границы зёрен и мелкие поры. В состав могут также входить спекающие добавки, такие как оксид алюминия или оксид иттрия.

Карбид кремния полупроводникового качества должен представлять собой монокристаллическую подложку или эпитаксиальный слой. Кристаллическая структура высокоупорядочена. Необходимо контролировать конкретные типы кристаллов. Используются высокоточные методы выращивания кристаллов, такие как 4H-SiC и 6H-SiC. Электрические свойства, такие как подвижность электронов и ширина запрещённой зоны, очень чувствительны к типу кристалла. Кристаллы типа 4H-SiC предпочтительны для силовых устройств. Они обеспечивают высокую подвижность носителей заряда и прочность на пробой.

Процесс подготовки

Процесс получения карбида кремния для керамического производства относительно прост. Он включает в себя: приготовление порошка, формование и спекание. Этот процесс аналогичен «обжигу кирпича». Промышленный порошок SiC, обычно микронного размера, смешивается со связующим. Смесь прессуется в форму. Затем её спекают при высоких температурах (1600–2200 °C). Это вызывает диффузию между частицами и уплотнение материала. Плотность 90% или выше обычно достаточна. Процесс не требует точного контроля роста кристаллов. Он ориентирован на стабильность и постоянство формования и спекания. Такая гибкость позволяет производить детали сложной формы. Требования к чистоте исходного сырья относительно низкие.

Процесс получения карбида кремния полупроводникового качества гораздо сложнее. Он включает в себя: приготовление порошка высокой чистоты, выращивание монокристаллических подложек, осаждение эпитаксиальных слоев и производство устройств. Монокристаллические подложки обычно выращиваются методом физического переноса паров (PVT). Это требует высоких температур (2200–2400 °C) и условий глубокого вакуума. Для обеспечения целостности кристалла необходим точный контроль температурных градиентов (±1 °C) и давления. После этого для выращивания эпитаксиального слоя используется химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Процесс должен проходить в сверхчистых условиях, например, в чистых помещениях класса 10. Для сохранения эксплуатационных характеристик материала необходимо предотвратить загрязнение. Этот процесс отличается высокой точностью. Требуются строгие требования к чистоте исходного сырья (>99,9999%) и стандартам качества оборудования.

Оборудование для сверхтонкого измельчения

Разница в стоимости и рыночная ориентация

Керамический карбид кремния менее дорогой. Он производится из порошка SiC промышленного класса и отличается более простой технологией приготовления. Цена за тонну обычно колеблется от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч юаней. Его рыночное применение широко, в основном в таких отраслях, как производство абразивов, огнеупорных материалов и других отраслях с высокой степенью чувствительности к затратам.
Карбид кремния полупроводникового качества чрезвычайно дорог. Процесс подготовки подложки длительный. Контроль дефектов — сложная задача. Процент выхода годных изделий низкий. 6-дюймовая подложка может стоить несколько тысяч долларов. Его рынок ориентирован на высокотехнологичные электронные области, включая силовые полупроводниковые приборы и радиочастотные компоненты. В связи с быстрым ростом таких отраслей, как электромобили и связь 5G, рыночный спрос стремительно растёт.

Области применения

Керамический карбид кремния — «промышленный крепыш». Он используется в основном в качестве конструкционного материала. Он обладает превосходными механическими свойствами, такими как высокая твёрдость и износостойкость. Он также обладает отличными термическими свойствами, такими как стойкость к высоким температурам и окислению. Он широко используется в абразивных материалах (шлифовальные круги, наждачная бумага), огнеупорных материалах (футеровка печей) и износостойких/коррозионностойких деталях (корпусы насосов, футеровка трубопроводов).

Керамические конструкционные детали из карбида кремния

Карбид кремния полупроводникового качества – это «элита электроники». Он обладает широкими запрещенными зонами и обеспечивает уникальные преимущества в электронных устройствах. В силовых устройствах, таких как инверторы для электромобилей и преобразователи для электросетей, он повышает эффективность преобразования энергии и снижает потери. В радиочастотных устройствах, таких как базовые станции 5G и радары, полупроводниковый SiC повышает рабочую частоту и возможности передачи сигнала. Он также используется в оптоэлектронных устройствах, таких как подложки синих светодиодов, обеспечивая источники яркого синего света.

РазмерыКарбид кремния для керамикиКарбид кремния для полупроводников
Кристаллическая структураПоликристаллический, различные кристаллические формыМонокристалл, строгий отбор кристаллической формы
Подготовка фокусаУплотнение и контроль формыКонтроль качества кристаллов и электрических характеристик
Приоритет производительностиМеханическая прочность, коррозионная стойкость, термическая стабильностьЭлектрические свойства (ширина запрещенной зоны, электрическое поле пробоя и т. д.)
Сценарии примененияКонструкционные детали, износостойкие детали, термостойкие деталиМощные приборы, высокочастотные приборы, оптоэлектронные приборы
Ориентированный на стоимостьГибкость процесса, стоимость сырьяСкорость роста кристаллов, точность оборудования, чистота сырья

Эпический порошок

В заключение, компания Epic Powder играет ключевую роль в развитии производства карбида кремния как керамического, так и полупроводникового качества. Предоставляя передовое измельчительное оборудование, такое как шаровые мельницы, струйные мельницы и классификаторы, Epic Powder гарантирует, что сырье соответствует строгим требованиям к чистоте, структуре и эксплуатационным характеристикам для различных применений. Наши индивидуальные решения поддерживают различные отрасли промышленности – от производства керамики до производства полупроводников, обеспечивая высочайшие стандарты обработки материалов и способствуя технологическому прогрессу в различных секторах.

    Пожалуйста, докажите, что вы человек, выбрав сердце

    Оглавление

    СВЯЗАТЬСЯ С НАШЕЙ КОМАНДОЙ

    Пожалуйста, заполните форму ниже.
    Наши специалисты свяжутся с вами в течение 6 часов, чтобы обсудить ваши потребности в оборудовании и процессах.

      Пожалуйста, докажите, что вы человек, выбрав дом