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 eGaNsono 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 superiori (TSSG): La temperatura di crescita è di circa 2200℃. I vantaggi sono bassa temperatura di crescita, basso stress, pochi difetti di dislocazione, drogaggio di tipo P, 3Ccrescita dei cristallie 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: Costruisce il gradiente di temperatura richiesto percrescita dei cristalli

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 del rivestimento, spessore del rivestimento, purezza

4. Grafite porosacomponenti:

Funzione: 

① Filtrare i componenti delle particelle di carbonio; 

② Integrare la fonte di carbonio

Requisiti: Trasmittanza, conducibilità termica, purezza

Ⅲ. Soluzione di sistema campo termico

Sistema di isolamento:

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

Componenti funzionali:

(1)Rivestito in carburo di tantaliocomponenti

(2)Grafite porosacomponenti

(3)Composito carbonio/carboniocomponenti del campo termico