استفاده از مواد میدان حرارتی مبتنی بر کربن در رشد کریستال کاربید سیلیکون

Ⅰ. مقدمه ای بر مواد SiC:

1. نمای کلی از خصوصیات مواد:

درنیمه هادی نسل سومنیمه هادی مرکب نامیده می شود و عرض باند آن حدود 3.2eV است که سه برابر عرض باند مواد نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون است (1.12eV برای مواد نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون)، بنابراین به آن نیمه هادی باندگپ گسترده نیز می گویند. دستگاه های نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون دارای محدودیت های فیزیکی هستند که در برخی از سناریوهای کاربردی در دمای بالا، فشار بالا و فرکانس بالا به سختی از بین می روند. تنظیم ساختار دستگاه دیگر نمی تواند نیازها را برآورده کند و مواد نیمه هادی نسل سوم که توسط SiC وهر دوظهور کرده اند

2. کاربرد دستگاه های SiC:

با توجه به عملکرد ویژه خود ، دستگاه های SIC به تدریج سیلیکون را در زمینه درجه حرارت بالا ، فشار بالا و فرکانس بالا جایگزین می کنند و نقش مهمی در ارتباطات 5G ، رادار مایکروویو ، هوافضا ، وسایل نقلیه انرژی جدید ، حمل و نقل ریلی ، هوشمند بازی می کنند. شبکه ها و زمینه های دیگر.

3. روش آماده سازی:

(1)حمل و نقل بخار فیزیکی (PVT): دمای رشد در حدود 2400 ~ 2100 است. این مزایا از فناوری بالغ ، هزینه تولید پایین و بهبود مداوم کیفیت و عملکرد کریستال است. مضرات این است که تهیه مواد به طور مداوم دشوار است و کنترل نسبت اجزای فاز گاز دشوار است. در حال حاضر به دست آوردن کریستال های نوع P دشوار است.

(2)روش محلول دانه بالا (TSSG): دمای رشد حدود 2200 است. مزایای آن دمای رشد پایین ، استرس کم ، تعداد کمی از نقص جابجایی ، دوپینگ از نوع P ، 3C استرشد کریستالو انبساط قطر آسان. با این حال، عیوب گنجاندن فلز هنوز وجود دارد، و عرضه مداوم منبع Si/C ضعیف است.

(3)رسوب بخار شیمیایی با درجه حرارت بالا (HTCVD): دمای رشد در حدود 1900 ~ 1600 است. این مزایا تأمین مداوم مواد اولیه ، کنترل دقیق نسبت Si/C ، خلوص بالا و دوپینگ مناسب است. این مضرات هزینه زیادی از مواد اولیه گازی ، دشواری زیاد در درمان مهندسی اگزوز میدان حرارتی ، نقص زیاد و بلوغ فنی کم است.

Ⅱبشر طبقه بندی عملکردی ازمیدان حرارتیمواد

1. سیستم عایق:

عملکرد: گرادیان دمای مورد نیاز برایرشد کریستال

مورد نیاز: هدایت حرارتی ، هدایت الکتریکی ، خلوص سیستم های عایق با دمای بالا بالاتر از 2000

2. بوتهسیستم:

عملکرد: 

اجزای گرمایشی ؛ 

container ظرف رشد

مورد نیاز: مقاومت ، هدایت حرارتی ، ضریب انبساط حرارتی ، خلوص

3. پوشش TaCاجزاء:

عملکرد: مانع از خوردگی گرافیت پایه توسط Si و ممانعت از آخال های C

الزامات: چگالی پوشش، ضخامت پوشش، خلوص

4. گرافیت متخلخلاجزاء:

عملکرد: 

① اجزای ذرات کربن فیلتر. 

② منبع کربن مکمل

الزامات: انتقال، هدایت حرارتی، خلوص

Ⅲبشر راه حل سیستم میدان حرارتی

سیستم عایق:

عایق داخلی عایق کامپوزیت کربن/کربن دارای چگالی سطح بالایی ، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب است. این می تواند خوردگی سیلیکون را که از سطح قابل حمل به ماده عایق جانبی فاش شده است ، کاهش دهد و از این طریق پایداری میدان حرارتی را تضمین کند.

اجزای عملکردی:

(1)کاربید Tantalum روکش شدهاجزای

(2)گرافیت متخلخلاجزای

(3)کامپوزیت کربن/کربناجزای میدان حرارتی