Карбід крэмнію (SiC) — гэта выдатнае злучэнне, якое можна знайсці як у паўправадніковай прамысловасці, так і ў вырабах з перадавой керамікі. Гэта часта прыводзіць да блытаніны сярод неспецыялістаў, якія могуць памылкова прыняць іх за адзін і той жа тып прадукту. Насамрэч, нягледзячы на аднолькавы хімічны склад, SiC праяўляецца альбо як зносаўстойлівая перадавая кераміка, альбо як высокаэфектыўныя паўправаднікі, якія выконваюць зусім розныя ролі ў прамысловых прымяненнях. Існуюць значныя адрозненні паміж матэрыяламі SiC керамічнага і паўправадніковага класа з пункту гледжання крышталічнай структуры, вытворчых працэсаў, эксплуатацыйных характарыстык і абласцей прымянення.
- Розныя патрабаванні да чысціні сыравіны
Керамічны карбід крэмнію мае адносна мяккія патрабаванні да чысціні парашкападобнай сыравіны. Як правіла, прадукцыя камерцыйнага класа з чысцінёй 90%-98% можа задаволіць большасць патрэб ужывання, хоць высокапрадукцыйная канструкцыйная кераміка можа патрабаваць чысціні 98%-99,5% (напрыклад, рэакцыйна звязаны карбід крэмнію патрабуе кантраляванага ўтрымання свабоднага крэмнію). Ён пераносіць пэўныя прымешкі і часам наўмысна ўключае дабаўкі для спякання, такія як аксід алюмінію (Al₂O₃) або аксід ітрыю (Y₂O₃), каб палепшыць прадукцыйнасць спякання, знізіць тэмпературу спякання і павялічыць шчыльнасць канчатковага прадукту.
Паўправадніковы SiC патрабуе амаль ідэальнага ўзроўню чысціні. Монакрышталічны SiC падкладкі патрабуе чысціні ≥99,9999% (6N), а для некаторых высокапрадукцыйных прымяненняў патрабуецца чысціня 7N (99,99999%). Эпітаксіяльныя пласты павінны падтрымліваць канцэнтрацыю прымешак ніжэй за 10¹⁶ атамаў/см³ (асабліва пазбягаючы глыбокаўзроўневых прымешак, такіх як B, Al і V). Нават слядовыя прымешкі, такія як жалеза (Fe), алюміній (Al) або бор (B), могуць сур'ёзна паўплываць на электрычныя ўласцівасці, выклікаючы рассейванне носьбітаў, зніжаючы напружанасць прабойнага поля і, у канчатковым выніку, пагаршаючы прадукцыйнасць і надзейнасць прылады, што патрабуе строгага кантролю прымешак.
Паўправадніковы матэрыял з карбіду крэмнію
- Выразныя крышталічныя структуры і якасць
Керамічны SiC у асноўным існуе ў выглядзе полікрышталічнага парашка або спечаных целаў, якія складаюцца з мноства выпадкова арыентаваных мікракрышталяў SiC. Матэрыял можа ўтрымліваць некалькі політыпаў (напрыклад, α-SiC, β-SiC) без строгага кантролю над канкрэтнымі політыпамі, з акцэнтам на агульную шчыльнасць і аднастайнасць матэрыялу. Яго ўнутраная структура характарызуецца багатымі межамі зерняў і мікраскапічнымі порамі, і можа ўтрымліваць дапаможныя рэчывы для спякання (напрыклад, Al₂O₃, Y₂O₃).
Паўправадніковы SiC павінен быць монакрышталічнымі падложкамі або эпітаксіяльнымі пластамі з высокаўпарадкаванымі крышталічнымі структурамі. Для гэтага патрэбныя пэўныя політыпы, атрыманыя з дапамогай дакладных метадаў вырошчвання крышталяў (напрыклад, 4H-SiC, 6H-SiC). Электрычныя ўласцівасці, такія як рухомасць электронаў і шырыня забароненай зоны, надзвычай адчувальныя да выбару політыпа, што патрабуе строгага кантролю. У цяперашні час 4H-SiC дамінуе на рынку дзякуючы сваім выдатным электрычным уласцівасцям, у тым ліку высокай рухомасці носьбітаў і напружанасці прабойнага поля, што робіць яго ідэальным для сілавых прылад.
- Параўнанне складанасці працэсаў
Керамічная крэмніевая сталь (SiC) вырабляецца з выкарыстаннем адносна простых вытворчых працэсаў (падрыхтоўка парашка → фармаванне → спяканне), аналагічных «вытворчасці цэглы». Працэс уключае ў сябе:
- Змешванне парашка SiC камерцыйнага класа (звычайна мікроннага памеру) са звязальнымі рэчывамі
- Фармаванне шляхам прэсавання
- Высокатэмпературнае спяканне (1600-2200°C) для дасягнення ўшчыльнення шляхам дыфузіі часціц
Большасць ужыванняў можна задаволіць шчыльнасцю >90%. Увесь працэс не патрабуе дакладнага кантролю росту крышталяў, замест гэтага сканцэнтраваны на фармаванні і спяканні. Перавагі ўключаюць гнуткасць працэсу для складаных формаў, хоць і з адносна меншымі патрабаваннямі да чысціні.
Паўправадніковы SiC патрабуе значна больш складаных працэсаў (падрыхтоўка высакаякаснага парашка → вырошчванне монакрышталічнай падкладкі → эпітаксіяльнае нанясенне пласцін → выраб прылады). Ключавыя этапы ўключаюць:
- Падрыхтоўка падкладкі ў асноўным метадам фізічнага пераносу пароў (PVT)
- Сублімацыя парашка SiC у экстрэмальных умовах (2200-2400°C, высокі вакуум)
- Дакладны кантроль градыентаў тэмпературы (±1°C) і параметраў ціску
- Рост эпітаксіяльнага пласта метадам хімічнага асаджэння з паравой фазы (CVD) для стварэння аднастайна тоўстых легіраваных пластоў (звычайна ад некалькіх да дзясяткаў мікронаў)
Увесь працэс патрабуе ультрачыстага асяроддзя (напрыклад, чыстых памяшканняў класа 10) для прадухілення забруджвання. Характарыстыкі ўключаюць надзвычайную дакладнасць працэсу, якая патрабуе кантролю над цеплавымі палямі і хуткасцю патоку газу, з жорсткімі патрабаваннямі як да чысціні сыравіны (>99,9999%), так і да складанасці абсталявання.
- Істотныя адрозненні ў выдатках і рынкавая арыентацыя
Асаблівасці керамічнага SiC:
- Сыравіна: парашок камерцыйнага класа
- Адносна простыя працэсы
- Нізкі кошт: ад тысяч да дзясяткаў тысяч юаняў за тону
- Шырокае прымяненне: абразівы, вогнетрывалыя матэрыялы і іншыя галіны прамысловасці, адчувальныя да выдаткаў
Асаблівасці SiC паўправадніковага класа:
- Працяглыя цыклы росту субстрата
- Складаны кантроль дэфектаў
- Нізкія паказчыкі ўраджайнасці
- Высокі кошт: тысячы долараў ЗША за 6-цалевую падкладку
- Асноўныя рынкі: высокапрадукцыйная электроніка, такая як сілавыя прылады і радыёчастотныя кампаненты
З хуткім развіццём транспартных сродкаў на новых крыніцах энергіі і сувязі 5G попыт на рынку расце ў геаметрычнай прагрэсіі.
- Дыферэнцыраваныя сцэнарыі прымянення
Керамічны карбід крэмнію служыць «прамысловай рабочай конікам», у першую чаргу для канструкцыйных прымяненняў. Выкарыстоўваючы свае выдатныя механічныя ўласцівасці (высокая цвёрдасць, зносаўстойлівасць) і цеплавыя ўласцівасці (высокая тэмпературная ўстойлівасць, устойлівасць да акіслення), ён пераўзыходзіць:
- Абразіўныя матэрыялы (шліфавальныя кругі, наждачная папера)
- Вогнетрывалыя матэрыялы (футэроўка высокатэмпературных печаў)
- Зносаўстойлівыя/каразійна-ўстойлівыя кампаненты (корпусы помпаў, футроўка труб)
Структурныя кампаненты з карбіду крэмнію з керамікі
Паўправадніковы SiC выступае ў якасці «электроннай эліты», выкарыстоўваючы свае паўправадніковыя ўласцівасці з шырокай забароненай зонай для дэманстрацыі унікальных пераваг у электронных прыладах:
- Сілавыя прылады: інвертары для электрамабіляў, сеткавыя пераўтваральнікі (паляпшэнне эфектыўнасці пераўтварэння энергіі)
- радыёчастотныя прылады: базавыя станцыі 5G, радарныя сістэмы (якія дазваляюць выкарыстоўваць больш высокія працоўныя частоты)
- Оптаэлектроніка: матэрыял падкладкі для сініх святлодыёдаў
200-міліметровая эпітаксіяльная пласціна SiC
| Вымярэнне | Керамічнага гатунку SiC | Паўправадніковы SiC |
| Крышталічная структура | Полікрышталічны, некалькі політыпаў | Монакрышталь, строга адабраныя політыпы |
| Фокус на працэсе | Ушчыльненне і кантроль формы | Кантроль якасці крышталя і электрычных уласцівасцей |
| Прыярытэт прадукцыйнасці | Механічная трываласць, каразійная ўстойлівасць, тэрмічная стабільнасць | Электрычныя ўласцівасці (шырыня забароненай зоны, поле прабою і г.д.) |
| Сцэнарыі прымянення | Структурныя кампаненты, зносаўстойлівыя дэталі, кампаненты, якія вытрымліваюць высокія тэмпературы | Высокамагутныя прылады, высокачастотныя прылады, оптаэлектронныя прылады |
| Фактары выдаткаў | Гнуткасць працэсу, кошт сыравіны | Хуткасць росту крышталяў, дакладнасць абсталявання, чысціня сыравіны |
Карацей кажучы, фундаментальнае адрозненне вынікае з іх розных функцыянальных мэтаў: керамічны SiC выкарыстоўвае «форму (структуру)», а паўправадніковы SiC — «ўласцівасці (электрычныя)». Першы імкнецца да эканамічна эфектыўных механічных/цеплавых характарыстык, а другі ўяўляе сабой вяршыню тэхналогіі падрыхтоўкі матэрыялаў як высокачысты монакрышталічны функцыянальны матэрыял. Нягледзячы на аднолькавае хімічнае паходжанне, керамічны і паўправадніковы SiC дэманструюць відавочныя адрозненні ў чысціні, крышталічнай структуры і вытворчых працэсах, але абодва ўносяць значны ўклад у прамысловую вытворчасць і тэхналагічны прагрэс у сваіх адпаведных галінах.
XKH — гэта высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое спецыялізуецца на даследаваннях, распрацоўках і вытворчасці матэрыялаў з карбіду крэмнію (SiC). Яно прапануе паслугі па распрацоўцы на заказ, дакладнай апрацоўцы і апрацоўцы паверхняў, пачынаючы ад высакаякаснай керамікі SiC і заканчваючы крышталямі SiC паўправадніковага класа. Выкарыстоўваючы перадавыя тэхналогіі падрыхтоўкі і інтэлектуальныя вытворчыя лініі, XKH прапануе прадукты і рашэнні з SiC з наладжвальнай прадукцыйнасцю (чысціня ад 90% да 7N) і кантраляванай структурай (полікрышталічны/монакрышталічны) для кліентаў у галіне паўправаднікоў, новай энергетыкі, аэракасмічнай і іншых перадавых галінах. Наша прадукцыя знаходзіць шырокае прымяненне ў паўправадніковым абсталяванні, электрамабілях, сувязі 5G і сумежных галінах.
Ніжэй прыведзены керамічныя прылады з карбіду крэмнію, вырабленыя кампаніяй XKH.
Час публікацыі: 30 ліпеня 2025 г.