Ang Pag-unlad at Mga Aplikasyon ng Silicon Carbide (SiC)
1. Isang Siglo ng Innovation sa SiC
Nagsimula ang paglalakbay ng silicon carbide (SiC) noong 1893, nang idisenyo ni Edward Goodrich Acheson ang Acheson furnace, gamit ang mga carbon material upang makamit ang pang-industriyang produksyon ng SiC sa pamamagitan ng electrical heating ng quartz at carbon. Ang imbensyon na ito ay minarkahan ang pagsisimula ng industriyalisasyon ng SiC at nakakuha ng patent si Acheson.
Noong unang bahagi ng ika-20 siglo, pangunahing ginamit ang SiC bilang isang nakasasakit dahil sa kapansin-pansing tigas at resistensya ng pagsusuot nito. Sa kalagitnaan ng ika-20 siglo, ang mga pagsulong sa chemical vapor deposition (CVD) na teknolohiya ay nagbukas ng mga bagong posibilidad. Ang mga mananaliksik sa Bell Labs, na pinamumunuan ni Rustum Roy, ay naglatag ng batayan para sa CVD SiC, na nakamit ang unang SiC coatings sa mga graphite surface.
Ang 1970s ay nakakita ng isang malaking tagumpay nang ang Union Carbide Corporation ay naglapat ng SiC-coated graphite sa epitaxial growth ng gallium nitride (GaN) semiconductor na materyales. Ang pagsulong na ito ay may mahalagang papel sa mataas na pagganap na GaN-based na mga LED at laser. Sa paglipas ng mga dekada, ang SiC coatings ay lumawak nang higit sa semiconductors sa mga aplikasyon sa aerospace, automotive, at power electronics, salamat sa mga pagpapabuti sa mga diskarte sa pagmamanupaktura.
Ngayon, ang mga inobasyon tulad ng thermal spraying, PVD, at nanotechnology ay higit na nagpapahusay sa pagganap at aplikasyon ng SiC coatings, na nagpapakita ng potensyal nito sa mga cutting-edge na larangan.
2. Pag-unawa sa Crystal Structures at Uses ng SiC
Ipinagmamalaki ng SiC ang higit sa 200 polytypes, na ikinategorya ng kanilang mga atomic arrangement sa cubic (3C), hexagonal (H), at rhombohedral (R) na mga istruktura. Kabilang sa mga ito, ang 4H-SiC at 6H-SiC ay malawakang ginagamit sa mga high-power at optoelectronic na device, ayon sa pagkakabanggit, habang ang β-SiC ay pinahahalagahan para sa kanyang superior thermal conductivity, wear resistance, at corrosion resistance.
β-SiC'snatatanging katangian, tulad ng thermal conductivity ng120-200 W/m·Kat isang thermal expansion coefficient na malapit na tumutugma sa graphite, gawin itong ang ginustong materyal para sa mga coatings sa ibabaw sa wafer epitaxy equipment.
3. Mga SiC Coating: Mga Katangian at Mga Teknik sa Paghahanda
Ang mga SiC coating, karaniwang β-SiC, ay malawakang inilalapat upang pahusayin ang mga katangian ng ibabaw tulad ng tigas, paglaban sa pagsusuot, at thermal stability. Ang mga karaniwang paraan ng paghahanda ay kinabibilangan ng:
- Chemical Vapor Deposition (CVD):Nagbibigay ng mataas na kalidad na mga coatings na may mahusay na pagdirikit at pagkakapareho, perpekto para sa malaki at kumplikadong mga substrate.
- Physical Vapor Deposition (PVD):Nag-aalok ng tumpak na kontrol sa komposisyon ng patong, na angkop para sa mga high-precision na application.
- Mga Diskarte sa Pag-spray, Electrochemical Deposition, at Slurry Coating: Maglingkod bilang mga alternatibong cost-effective para sa mga partikular na aplikasyon, kahit na may iba't ibang limitasyon sa pagdirikit at pagkakapareho.
Ang bawat pamamaraan ay pinili batay sa mga katangian ng substrate at mga kinakailangan sa aplikasyon.
4. SiC-Coated Graphite Susceptors sa MOCVD
Ang SiC-coated graphite susceptors ay kailangang-kailangan sa Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), isang pangunahing proseso sa paggawa ng semiconductor at optoelectronic na materyal.
Ang mga susceptor na ito ay nagbibigay ng matatag na suporta para sa paglaki ng epitaxial film, na tinitiyak ang thermal stability at binabawasan ang kontaminasyon ng impurity. Pinahuhusay din ng SiC coating ang resistensya sa oksihenasyon, mga katangian ng ibabaw, at kalidad ng interface, na nagbibigay-daan sa tumpak na kontrol sa panahon ng paglaki ng pelikula.
5. Pagsulong Tungo sa Kinabukasan
Sa mga nagdaang taon, ang mga makabuluhang pagsisikap ay nakadirekta sa pagpapabuti ng mga proseso ng paggawa ng mga substrate ng grapayt na pinahiran ng SiC. Nakatuon ang mga mananaliksik sa pagpapahusay ng kadalisayan ng coating, pagkakapareho, at habang-buhay habang binabawasan ang mga gastos. Bukod pa rito, ang paggalugad ng mga makabagong materyales tulad ngtantalum carbide (TaC) coatingsnag-aalok ng mga potensyal na pagpapabuti sa thermal conductivity at corrosion resistance, na nagbibigay daan para sa mga susunod na henerasyong solusyon.
Habang patuloy na lumalaki ang demand para sa SiC-coated graphite susceptors, ang mga advancement sa intelligent manufacturing at industrial-scale production ay higit pang susuporta sa pagbuo ng mga de-kalidad na produkto upang matugunan ang mga umuusbong na pangangailangan ng mga industriya ng semiconductor at optoelectronics.
Oras ng post: Nob-24-2023