Applicazione di materiali per campi termici a base di carbonio nella crescita dei cristalli di carburo di silicio

Ⅰ. Introduzione ai materiali SiC:

1. Panoramica delle proprietà del materiale:

ILsemiconduttore di terza generazioneè chiamato semiconduttore composto e la sua larghezza di banda proibita è di circa 3,2 eV, ovvero tre volte la larghezza di banda proibita dei materiali semiconduttori a base di silicio (1,12 eV per materiali semiconduttori a base di silicio), quindi è anche chiamato semiconduttore con banda proibita ampia. I dispositivi a semiconduttore basati su silicio presentano limiti fisici difficili da superare in alcuni scenari applicativi ad alta temperatura, alta pressione e alta frequenza. La regolazione della struttura del dispositivo non può più soddisfare le esigenze e i materiali semiconduttori di terza generazione rappresentati da SiC eEntrambisono emersi.

2. Applicazione dei dispositivi SiC:

Sulla base delle loro prestazioni speciali, i dispositivi SiC sostituiranno gradualmente quelli a base di silicio nel campo dell'alta temperatura, alta pressione e alta frequenza e svolgeranno un ruolo importante nelle comunicazioni 5G, radar a microonde, aerospaziale, veicoli a nuova energia, trasporto ferroviario, smart griglie e altri campi.

3. Metodo di preparazione:

(1)Trasporto fisico del vapore (PVT): La temperatura di crescita è di circa 2100~2400℃. I vantaggi sono la tecnologia matura, i bassi costi di produzione e il miglioramento continuo della qualità e della resa dei cristalli. Gli svantaggi sono che è difficile fornire continuamente i materiali ed è difficile controllare la proporzione dei componenti in fase gassosa. Attualmente è difficile ottenere cristalli di tipo P.

(2)Metodo della soluzione di semi top (TSSG): La temperatura di crescita è di circa 2200 ℃. I vantaggi sono basse temperature di crescita, bassa sollecitazione, pochi difetti di dislocazione, doping di tipo p, 3ccrescita cristallinae facile espansione del diametro. Tuttavia, esistono ancora difetti di inclusione dei metalli e la fornitura continua di fonti di Si/C è scarsa.

(3)Deposizione chimica in fase vapore ad alta temperatura (HTCVD): La temperatura di crescita è di circa 1600~1900℃. I vantaggi sono la fornitura continua di materie prime, il controllo preciso del rapporto Si/C, l'elevata purezza e un drogaggio conveniente. Gli svantaggi sono l’alto costo delle materie prime gassose, l’elevata difficoltà nel trattamento ingegneristico degli scarichi del campo termico, gli elevati difetti e la bassa maturità tecnica.

Ⅱ. Classificazione funzionale dicampo termicoMateriali

1. Sistema di isolamento:

Funzione: costruire il gradiente di temperatura richiesto percrescita cristallina

Requisiti: conduttività termica, conduttività elettrica, purezza dei sistemi di materiali isolanti per alte temperature superiori a 2000 ℃

2. Crogiolosistema:

Funzione: 

① Componenti di riscaldamento; 

② Contenitore per la crescita

Requisiti: resistività, conducibilità termica, coefficiente di dilatazione termica, purezza

3. Rivestimento TACcomponenti:

Funzione: inibisce la corrosione della grafite base da parte del Si e inibisce le inclusioni di C

Requisiti: densità di rivestimento, spessore del rivestimento, purezza

4. Grafite porosacomponenti:

Funzione: 

① componenti di particelle di carbonio filtrano; 

② Integrare la fonte di carbonio

Requisiti: trasmittanza, conducibilità termica, purezza

Ⅲ. Soluzione di sistema del campo termico

Sistema di isolamento:

Isolamento composito di carbonio/carbonio Il cilindro interno ha un'elevata densità superficiale, resistenza alla corrosione e buona resistenza agli shock termici. Può ridurre la corrosione del silicio trapelato dal crogiolo al materiale di isolamento laterale, garantendo così la stabilità del campo termico.

Componenti funzionali:

(1)Tantalum Carburo rivestitocomponenti

(2)Grafite porosacomponenti

(3)Composito di carbonio/carboniocomponenti del campo termico