सिलिकन कार्बाइडको संक्षिप्त इतिहास र सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्सको अनुप्रयोग

1. SiC को विकास

1893 मा, एडवर्ड गुडरिक एचेसन, SiC को आविष्कारकले, कार्बन सामग्री प्रयोग गरेर प्रतिरोधक भट्टी डिजाइन गरे - Acheson फर्नेस भनिन्छ - क्वार्ट्ज र कार्बनको मिश्रणलाई विद्युतीय रूपमा तताएर सिलिकन कार्बाइडको औद्योगिक उत्पादन सुरु गर्न। उनले पछि यो आविष्कारको लागि पेटेन्ट दायर गरे।

प्रारम्भिक देखि 20 औं शताब्दीको मध्य सम्म, यसको असाधारण कठोरता र पहिरन प्रतिरोध को कारण, सिलिकन कार्बाइड मुख्यतया पीस र काटन उपकरण मा एक घर्षण को रूप मा प्रयोग गरिन्थ्यो।

1950 र 1960 को दशक को समयमा, को आगमन संगरासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) प्रविधि, संयुक्त राज्य अमेरिकाको बेल ल्याबमा रुस्तुम रोय जस्ता वैज्ञानिकहरूले CVD SiC प्रविधिमा अनुसन्धानको अग्रगामी गरे। तिनीहरूले SiC भाप निक्षेप प्रक्रियाहरू विकास गरे र यसको गुणहरू र अनुप्रयोगहरूमा प्रारम्भिक अन्वेषणहरू सञ्चालन गरे, पहिलो निक्षेप प्राप्त गर्दै।ग्रेफाइट सतहहरूमा SiC कोटिंग्स। यस कार्यले SiC कोटिंग सामग्रीको CVD तयारीको लागि महत्त्वपूर्ण जग राख्यो।

1963 मा, बेल ल्याब्सका अनुसन्धानकर्ताहरू हावर्ड वाचटेल र जोसेफ वेल्सले सीवीडी इन्कर्पोरेटेड स्थापना गरे, जसले SiC र अन्य सिरेमिक कोटिंग सामग्रीहरूको लागि रासायनिक वाष्प निक्षेप प्रविधिहरूको विकासमा ध्यान केन्द्रित गर्यो। 1974 मा, तिनीहरूले को पहिलो औद्योगिक उत्पादन हासिल गरेसिलिकन कार्बाइड लेपित ग्रेफाइट उत्पादनहरू। यस माइलस्टोनले ग्रेफाइट सतहहरूमा सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्सको टेक्नोलोजीमा महत्त्वपूर्ण प्रगति चिन्ह लगाइयो, जसले अर्धचालक, अप्टिक्स, र एयरोस्पेस जस्ता क्षेत्रहरूमा उनीहरूको व्यापक प्रयोगको लागि मार्ग प्रशस्त गर्यो।

1970 को दशकमा, युनियन कार्बाइड कर्पोरेशन (अहिले डाउ केमिकलको पूर्ण स्वामित्वमा रहेको सहायक कम्पनी) का अनुसन्धानकर्ताहरूले पहिलो पटक आवेदन दिए।सिलिकन कार्बाइड लेपित ग्रेफाइट आधारहरूग्यालियम नाइट्राइड (GaN) जस्ता अर्धचालक सामग्रीको एपिटेक्सियल वृद्धिमा। यो प्रविधि उच्च प्रदर्शन निर्माणको लागि महत्त्वपूर्ण थियोGaN-आधारित LEDs(प्रकाश उत्सर्जन गर्ने डायोडहरू) र लेजरहरू, पछिको लागि आधार तयार गर्दैसिलिकन कार्बाइड epitaxy प्रविधिर अर्धचालक क्षेत्रमा सिलिकन कार्बाइड सामाग्री को आवेदन मा एक महत्वपूर्ण माइलस्टोन बन्न।

1980 देखि 21 औं शताब्दीको प्रारम्भमा, उत्पादन प्रविधिहरूमा भएको प्रगतिले सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्सको औद्योगिक र व्यावसायिक अनुप्रयोगहरू एयरोस्पेसबाट मोटर वाहन, पावर इलेक्ट्रोनिक्स, सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू, र विभिन्न औद्योगिक घटकहरूमा एन्टी-क्रोसन कोटिंग्सको रूपमा विस्तार गर्यो।

प्रारम्भिक 21 औं शताब्दी देखि वर्तमान सम्म, थर्मल स्प्रेइङ, PVD, र न्यानो टेक्नोलोजीको विकासले नयाँ कोटिंग तयारी विधिहरू प्रस्तुत गरेको छ। अन्वेषकहरूले सामग्रीको प्रदर्शनलाई अझ बढावा दिन नानोस्केल सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्स अन्वेषण र विकास गर्न थाले।

संक्षेपमा, तयारी प्रविधिCVD सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्सविगत केही दशकहरूमा प्रयोगशाला अनुसन्धानबाट औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा परिवर्तन भएको छ, निरन्तर प्रगति र सफलताहरू प्राप्त गर्दै।

२. SiC क्रिस्टल संरचना र अनुप्रयोग क्षेत्रहरू

सिलिकन कार्बाइडमा 200 भन्दा बढी पोलिटाइपहरू छन्, मुख्य रूपमा कार्बन र सिलिकन परमाणुहरूको स्ट्याकिंग व्यवस्थाको आधारमा तीन मुख्य समूहहरूमा वर्गीकृत गरिएको छ: घन (3C), हेक्सागोनल (H), र rhombohedral®। सामान्य उदाहरणहरूमा 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, र 15R-SiC समावेश छन्। यिनीहरूलाई व्यापक रूपमा दुई प्रमुख प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ:

चित्र १: सिलिकन कार्बाइडको क्रिस्टल संरचना

α-SiC:यो उच्च-तापमान स्थिर संरचना र प्रकृतिमा पाइने मूल संरचना प्रकार हो।

β-SiC:यो कम-तापमान स्थिर संरचना हो, जुन लगभग 1450 डिग्री सेल्सियसमा सिलिकन र कार्बन प्रतिक्रिया गरेर गठन गर्न सकिन्छ। β-SiC 2100-2400°C बीचको तापक्रममा α-SiC मा रूपान्तरण गर्न सक्छ।

विभिन्न SiC पोलिटाइपहरू फरक प्रयोगहरू छन्। उदाहरणका लागि, α-SiC मा 4H-SiC उच्च-शक्ति उपकरणहरू निर्माणको लागि उपयुक्त छ, जबकि 6H-SiC सबैभन्दा स्थिर प्रकार हो र अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा प्रयोग गरिन्छ। β-SiC, RF उपकरणहरूमा प्रयोग हुने बाहेक, उच्च-तापमान, उच्च पहिरन, र अत्यधिक संक्षारक वातावरणमा पातलो फिल्म र कोटिंग सामग्रीको रूपमा पनि महत्त्वपूर्ण छ, जसले सुरक्षात्मक कार्यहरू प्रदान गर्दछ। β-SiC को α-SiC मा धेरै फाइदाहरू छन्:

(१)यसको थर्मल चालकता 120-200 W/m·K को बीचमा छ, α-SiC को 100-140 W/m·K भन्दा उल्लेखनीय रूपमा उच्च।

(2) β-SiC ले उच्च कठोरता र पहिरन प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ।

(३) जंग प्रतिरोधको सन्दर्भमा, जबकि α-SiC ले गैर-अक्सिडाइजिङ र हल्का अम्लीय वातावरणमा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ, β-SiC अधिक आक्रामक अक्सिडाइजिङ र कडा क्षारीय अवस्थाहरूमा स्थिर रहन्छ, रासायनिक वातावरणको फराकिलो दायरामा यसको उच्च जंग प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ। ।

थप रूपमा, β-SiC को थर्मल विस्तार गुणांकले ग्रेफाइटसँग नजिकबाट मेल खान्छ, यसलाई यी संयुक्त गुणहरूको कारणले वेफर एपिटेक्सी उपकरणहरूमा ग्रेफाइट आधारहरूमा सतह कोटिंग्सको लागि मनपर्ने सामग्री बनाउँदछ।

३. SiC कोटिंग्स र तयारी विधिहरू

(१) SiC कोटिंग्स

SiC कोटिंगहरू β-SiC बाट बनेको पातलो फिल्महरू हुन्, विभिन्न कोटिंग वा डिपोजिसन प्रक्रियाहरू मार्फत सब्सट्रेट सतहहरूमा लागू हुन्छन्। यी कोटिंगहरू सामान्यतया कठोरता, पहिरन प्रतिरोध, जंग प्रतिरोध, अक्सीकरण प्रतिरोध, र उच्च-तापमान प्रदर्शन बढाउन प्रयोग गरिन्छ। सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्सका विभिन्न सब्सट्रेटहरू जस्तै सिरेमिक, धातु, गिलास र प्लास्टिकहरूमा व्यापक अनुप्रयोगहरू छन्, र एयरोस्पेस, मोटर वाहन निर्माण, इलेक्ट्रोनिक्स, र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

चित्र २: ग्रेफाइट सतहमा SiC कोटिंगको क्रस-सेक्शनल माइक्रोस्ट्रक्चर

(२)  तयारी विधिहरू

SiC कोटिंग्स तयार गर्ने मुख्य विधिहरूमा रासायनिक भाप डिपोजिसन (CVD), भौतिक भाप डिपोजिसन (PVD), स्प्रे गर्ने प्रविधि, इलेक्ट्रोकेमिकल डिपोजिसन, र स्लरी कोटिंग सिन्टरिङ समावेश छ।

रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD):

CVD सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्स को तयारी को लागी सबै भन्दा साधारण प्रयोग विधिहरु मध्ये एक हो। CVD प्रक्रियाको क्रममा, सिलिकन- र कार्बन युक्त पूर्ववर्ती ग्यासहरू प्रतिक्रिया कक्षमा प्रस्तुत गरिन्छ, जहाँ तिनीहरू सिलिकन र कार्बन परमाणुहरू उत्पादन गर्न उच्च तापमानमा विघटन हुन्छन्। यी परमाणुहरूले सब्सट्रेट सतहमा सोख्छन् र सिलिकन कार्बाइड कोटिंग बनाउन प्रतिक्रिया दिन्छ। मुख्य प्रक्रिया प्यारामिटरहरू जस्तै ग्याँस प्रवाह दर, निक्षेप तापक्रम, निक्षेप दबाव, र समय नियन्त्रण गरेर, मोटाई, स्टोइचियोमेट्री, अनाज आकार, क्रिस्टल संरचना, र कोटिंगको अभिमुखीकरण विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताहरू पूरा गर्न ठीकसँग मिलाउन सकिन्छ। यस विधिको अर्को फाइदा भनेको ठूला र जटिल आकारको सब्सट्रेटहरू राम्रो आसंजन र भर्ने क्षमताहरूको साथ कोटिंगको लागि उपयुक्तता हो। यद्यपि, CVD प्रक्रियामा प्रयोग हुने पूर्ववर्ती र उप-उत्पादनहरू प्रायः ज्वलनशील र संक्षारक हुन्छन्, जसले उत्पादनलाई खतरनाक बनाउँछ। थप रूपमा, कच्चा मालको उपयोग दर अपेक्षाकृत कम छ, र तयारी लागत उच्च छ।

भौतिक भाप निक्षेप (PVD):

PVD ले उच्च शुद्धता सिलिकन कार्बाइड सामग्रीहरू वाष्पीकरण गर्न र पातलो फिल्मको रूपमा सब्सट्रेट सतहमा गाढा बनाउन उच्च भ्याकुम अन्तर्गत थर्मल वाष्पीकरण वा म्याग्नेट्रोन स्पटरिङ जस्ता भौतिक विधिहरू प्रयोग गर्दछ। यो विधिले कोटिंगको मोटाई र संरचनामा सटीक नियन्त्रणको लागि अनुमति दिन्छ, घने सिलिकन कार्बाइड कोटिंग्स उत्पादन गर्दछ जुन उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगहरू जस्तै काट्ने उपकरण कोटिंग्स, सिरेमिक कोटिंग्स, अप्टिकल कोटिंग्स, र थर्मल ब्यारियर कोटिंग्सका लागि उपयुक्त हुन्छ। यद्यपि, जटिल आकारका कम्पोनेन्टहरूमा एकसमान कभरेज प्राप्त गर्नु, विशेष गरी रिसेस वा छायादार क्षेत्रहरूमा, चुनौतीपूर्ण छ। थप रूपमा, कोटिंग र सब्सट्रेट बीचको आसंजन अपर्याप्त हुन सक्छ। महँगो उच्च भ्याकुम प्रणाली र सटीक नियन्त्रण उपकरणहरूको आवश्यकताको कारण PVD उपकरण महँगो छ। यसबाहेक, निक्षेप दर ढिलो छ, कम उत्पादन दक्षताको परिणामस्वरूप, यसलाई ठूलो मात्रामा औद्योगिक उत्पादनको लागि अनुपयुक्त बनाउँछ।

स्प्रे गर्ने प्रविधि:

यसमा सब्सट्रेट सतहमा तरल पदार्थहरू स्प्रे गर्ने र कोटिंग बनाउनको लागि विशेष तापमानमा तिनीहरूलाई निको पार्ने समावेश छ। विधि सरल र लागत-प्रभावी छ, तर परिणामस्वरूप कोटिंग्सले सामान्यतया सब्सट्रेटमा कमजोर आसंजन, कमजोर एकरूपता, पातलो कोटिंग्स, र कम अक्सिडेशन प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ, प्रायः कार्यसम्पादन बढाउन पूरक विधिहरू आवश्यक पर्दछ।

इलेक्ट्रोकेमिकल निक्षेप:

यस प्रविधिले सिलिकन कार्बाइडलाई सब्सट्रेट सतहमा समाधानबाट जम्मा गर्न इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरू प्रयोग गर्दछ। इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता र पूर्ववर्ती समाधानको संरचना नियन्त्रण गरेर, समान कोटिंग वृद्धि हासिल गर्न सकिन्छ। यस विधिद्वारा तयार गरिएका सिलिकन कार्बाइड कोटिंगहरू रासायनिक/जैविक सेन्सरहरू, फोटोभोल्टिक उपकरणहरू, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूका लागि इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू, र जंग-प्रतिरोधी कोटिंगहरू जस्ता विशिष्ट क्षेत्रहरूमा लागू हुन्छन्।

स्लरी कोटिंग र सिंटरिंग:

यस विधिमा कोटिंग सामग्रीलाई बाइन्डरहरूसँग मिलाएर स्लरी बनाउन समावेश छ, जुन सब्सट्रेट सतहमा समान रूपमा लागू हुन्छ। सुकाइसकेपछि, लेपित वर्कपीसलाई अक्रिय वायुमण्डलमा उच्च तापक्रममा सिन्टेर गरिएको छ र इच्छित कोटिंग बनाउन। यसको फाइदाहरूमा सरल र सजिलो सञ्चालन र नियन्त्रण योग्य कोटिंग मोटाई समावेश छ, तर कोटिंग र सब्सट्रेट बीचको बन्धन बल अक्सर कमजोर हुन्छ। कोटिंग्समा पनि कमजोर थर्मल झटका प्रतिरोध, कम एकरूपता, र असंगत प्रक्रियाहरू छन्, जसले तिनीहरूलाई ठूलो उत्पादनको लागि अनुपयुक्त बनाउँछ।

समग्रमा, उपयुक्त सिलिकन कार्बाइड कोटिंग तयारी विधि चयन गर्न प्रदर्शन आवश्यकताहरू, सब्सट्रेट विशेषताहरू, र अनुप्रयोग परिदृश्यमा आधारित लागतहरूको व्यापक विचार आवश्यक छ।

4. SiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स

SiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टरहरू महत्त्वपूर्ण छन्धातु जैविक रासायनिक वाष्प निक्षेप (MOCVD) प्रक्रियाहरू, अर्धचालक, अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स, र अन्य भौतिक विज्ञानको क्षेत्रमा पातलो फिल्महरू र कोटिंग्स तयार गर्नको लागि व्यापक रूपमा प्रयोग गरिने प्रविधि।

चित्र ३

5. MOCVD उपकरणमा SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरूको कार्यहरू

SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरू मेटल अर्गानिक केमिकल भाप डिपोजिसन (MOCVD) प्रक्रियाहरूमा महत्त्वपूर्ण छन्, अर्धचालक, अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स, र अन्य भौतिक विज्ञानको क्षेत्रमा पातलो फिल्महरू र कोटिंगहरू तयार गर्नको लागि व्यापक रूपमा प्रयोग हुने प्रविधि।

चित्र ४: Semicorex CVD उपकरण

सहायक वाहक:MOCVD मा, सेमीकन्डक्टर सामग्रीले वेफर सब्सट्रेट सतहमा तहको तहमा बढ्न सक्छ, विशिष्ट गुणहरू र संरचनाहरूसँग पातलो फिल्महरू बनाउँछ।SiC लेपित ग्रेफाइट वाहकको लागि एक बलियो र स्थिर प्लेटफर्म प्रदान गर्दै, एक समर्थन वाहक को रूप मा कार्य गर्दछepitaxyअर्धचालक पातलो फिल्महरूको। एसआईसी कोटिंगको उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता र रासायनिक जडताले उच्च-तापमान वातावरणमा सब्सट्रेटको स्थिरता कायम राख्छ, संक्षारक ग्यासहरूसँग प्रतिक्रियाहरू कम गर्दछ, र बढेको अर्धचालक फिल्महरूको उच्च शुद्धता र लगातार गुणहरू र संरचनाहरू सुनिश्चित गर्दछ। उदाहरणहरूमा MOCVD उपकरणहरूमा GaN एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरू, एकल-क्रिस्टल सिलिकन एपिटेक्सियल वृद्धिको लागि SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरू (फ्ल्याट सब्सट्रेटहरू, राउन्ड सब्सट्रेटहरू, तीन-आयामी सब्सट्रेटहरू), र SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरू समावेश छन्।SiC epitaxial वृद्धि.

थर्मल स्थिरता र ओक्सीकरण प्रतिरोध:MOCVD प्रक्रियाले उच्च-तापमान प्रतिक्रियाहरू र ऑक्सीकरण ग्याँसहरू समावेश गर्न सक्छ। SiC कोटिंगले ग्रेफाइट सब्सट्रेटको लागि अतिरिक्त थर्मल स्थिरता र अक्सीकरण सुरक्षा प्रदान गर्दछ, उच्च-तापमान वातावरणमा विफलता वा अक्सीकरण रोक्न। यो पातलो फिल्म वृद्धिको स्थिरता नियन्त्रण र कायम राख्नको लागि महत्त्वपूर्ण छ।

सामाग्री इन्टरफेस र सतह गुण नियन्त्रण:SiC कोटिंगले फिल्म र सब्सट्रेट बीचको अन्तरक्रियालाई प्रभाव पार्न सक्छ, विकास मोडहरू, जाली मिलान, र इन्टरफेस गुणस्तरलाई असर गर्छ। SiC कोटिंगको गुणहरू समायोजन गरेर, अधिक सटीक सामग्री वृद्धि र इन्टरफेस नियन्त्रण प्राप्त गर्न सकिन्छ, को प्रदर्शन सुधार गर्दै।एपिटेक्सियल फिल्महरू.

अशुद्धता प्रदूषण कम गर्ने:SiC कोटिंग्सको उच्च शुद्धताले ग्रेफाइट सब्सट्रेटबाट हुने अशुद्धता प्रदूषणलाई कम गर्न सक्छ, यो सुनिश्चित गर्दैबढेको एपिटेक्सियल फिल्महरूआवश्यक उच्च शुद्धता छ। सेमीकन्डक्टर उपकरणहरूको प्रदर्शन र विश्वसनीयताका लागि यो महत्त्वपूर्ण छ।

चित्र ५: सेमिकोरेक्सSiC-लेपित ग्रेफाइट रिसेप्टरEpitaxy मा वेफर क्यारियर को रूप मा

संक्षिप्तमा,SiC लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्सMOCVD प्रक्रियाहरूमा राम्रो आधार समर्थन, थर्मल स्थिरता, र इन्टरफेस नियन्त्रण प्रदान गर्नुहोस्, उच्च गुणस्तरको वृद्धि र तयारीलाई बढावा दिँदैएपिटेक्सियल फिल्महरू.

6. निष्कर्ष र आउटलुक

हाल, चीनमा अनुसन्धान संस्थानहरू उत्पादन प्रक्रियाहरू सुधार गर्न समर्पित छन्सिलिकन कार्बाइड लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स, कोटिंग शुद्धता र एकरूपता बृद्धि गर्दै, र उत्पादन लागत घटाउँदै SiC कोटिंग्सको गुणस्तर र आयु बढाउँदै। एकै साथ, तिनीहरू उत्पादन दक्षता र उत्पादनको गुणस्तर सुधार गर्न सिलिकन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेटहरूको लागि बौद्धिक निर्माण प्रक्रियाहरू प्राप्त गर्ने तरिकाहरू खोजिरहेका छन्। उद्योगको औद्योगिकीकरणमा लगानी बढ्दै गएको छसिलिकन कार्बाइड लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स, बजारको माग पूरा गर्न उत्पादन मापन र उत्पादनको गुणस्तर बृद्धि गर्दै। हालसालै, अनुसन्धान संस्थाहरू र उद्योगहरूले सक्रिय रूपमा नयाँ कोटिंग प्रविधिहरू खोजिरहेका छन्, जस्तै किग्रेफाइट ससेप्टरहरूमा TaC कोटिंग्स, थर्मल चालकता र जंग प्रतिरोध सुधार गर्न।**

Semicorex ले CVD SiC-लेपित सामग्रीहरूको लागि उच्च-गुणस्तरको कम्पोनेन्टहरू प्रदान गर्दछ। यदि तपाइँसँग कुनै सोधपुछ छ वा थप विवरणहरू चाहिन्छ भने, कृपया हामीलाई सम्पर्क गर्न नहिचकिचाउनुहोस्।

सम्पर्क फोन # +86-13567891907

इमेल: sales@semicorex.com