სილიციუმის კარბიდის ისტორია და სილიციუმის კარბიდის საფარის გამოყენება

სილიციუმის კარბიდის (SiC) შემუშავება და გამოყენება

1. ინოვაციების საუკუნე SiC-ში
სილიციუმის კარბიდის (SiC) მოგზაურობა დაიწყო 1893 წელს, როდესაც ედუარდ გუდრიხ აჩესონმა დააპროექტა აჩესონის ღუმელი, ნახშირბადის მასალების გამოყენებით SiC-ის სამრეწველო წარმოების მისაღწევად კვარცისა და ნახშირბადის ელექტრო გათბობის გზით. ამ გამოგონებამ აღნიშნა SiC-ის ინდუსტრიალიზაციის დასაწყისი და აჩესონს პატენტი მოუტანა.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში, SiC ძირითადად გამოიყენებოდა როგორც აბრაზიული საშუალება მისი შესანიშნავი სიხისტისა და აცვიათ წინააღმდეგობის გამო. მე-20 საუკუნის შუა პერიოდისთვის ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) ტექნოლოგიაში მიღწევებმა ახალი შესაძლებლობები გახსნა. Bell Labs-ის მკვლევარებმა, რუსტუმ როის ხელმძღვანელობით, საფუძველი ჩაუყარეს CVD SiC-ს, მიაღწიეს პირველ SiC საფარებს გრაფიტის ზედაპირებზე.

1970-იან წლებში მნიშვნელოვანი გარღვევა მოხდა, როდესაც Union Carbide Corporation-მა გამოიყენა SiC-დაფარული გრაფიტი გალიუმის ნიტრიდის (GaN) ნახევარგამტარული მასალების ეპიტაქსიალურ ზრდაში. ამ წინსვლამ გადამწყვეტი როლი ითამაშა მაღალი ხარისხის GaN-ზე დაფუძნებულ LED-ებსა და ლაზერებში. ათწლეულების განმავლობაში, SiC საფარები გაფართოვდა ნახევარგამტარების მიღმა აეროკოსმოსურ, საავტომობილო და ენერგეტიკულ ელექტრონიკაში გამოყენებამდე, წარმოების ტექნიკის გაუმჯობესების წყალობით.

დღეს, ინოვაციები, როგორიცაა თერმული შესხურება, PVD და ნანოტექნოლოგია, კიდევ უფრო აძლიერებს SiC საფარების მუშაობას და გამოყენებას, ავლენს მის პოტენციალს უახლესი სფეროებში.

2. SiC-ის კრისტალური სტრუქტურებისა და გამოყენების გაგება
SiC ამაყობს 200-ზე მეტი პოლიტიპით, მათი ატომური განლაგების მიხედვით დაყოფილია კუბურ (3C), ექვსკუთხა (H) და რომბოედრული (R) სტრუქტურებად. მათ შორის, 4H-SiC და 6H-SiC ფართოდ გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში, შესაბამისად, ხოლო β-SiC ფასდება უმაღლესი თბოგამტარობის, აცვიათ წინააღმდეგობისა და კოროზიის წინააღმდეგობის გამო.

β-SiC-ებიუნიკალური თვისებები, როგორიცაა თბოგამტარობა120-200 W/m·Kდა თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, რომელიც მჭიდროდ ემთხვევა გრაფიტს, აქცევს მას სასურველ მასალას ზედაპირის საფარისთვის ვაფლის ეპიტაქსიის მოწყობილობაში.

3. SiC საფარები: თვისებები და მომზადების ტექნიკა
SiC საიზოლაციო, როგორც წესი, β-SiC, ფართოდ გამოიყენება ზედაპირის თვისებების გასაძლიერებლად, როგორიცაა სიმტკიცე, აცვიათ წინააღმდეგობა და თერმული სტაბილურობა. მომზადების საერთო მეთოდები მოიცავს:

• ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD):უზრუნველყოფს მაღალი ხარისხის საფარებს შესანიშნავი წებოვნებით და ერთგვაროვნებით, იდეალურია დიდი და რთული სუბსტრატებისთვის.
• ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (PVD):გთავაზობთ ზუსტ კონტროლს საფარის შემადგენლობაზე, შესაფერისი მაღალი სიზუსტის გამოყენებისთვის.
• შესხურების ტექნიკა, ელექტროქიმიური დეპონირება და ნალექის საფარი: ემსახურება როგორც რენტაბელური ალტერნატივას კონკრეტული აპლიკაციებისთვის, თუმცა განსხვავებული შეზღუდვებით ადჰეზიასა და ერთგვაროვნებაში.

თითოეული მეთოდი არჩეულია სუბსტრატის მახასიათებლებისა და გამოყენების მოთხოვნების საფუძველზე.

4. SiC-დაფარული გრაფიტის სუსცეპტორები MOCVD-ში
SiC დაფარული გრაფიტის მგრძნობელობა შეუცვლელია ლითონის ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირებაში (MOCVD), რომელიც წარმოადგენს საკვანძო პროცესს ნახევარგამტარული და ოპტოელექტრონული მასალების წარმოებაში.

ეს მგრძნობელობა უზრუნველყოფს ეპიტაქსიალური ფირის ზრდის მყარ მხარდაჭერას, უზრუნველყოფს თერმული სტაბილურობას და ამცირებს მინარევებისაგან დაბინძურებას. SiC საფარი ასევე აძლიერებს ჟანგვის წინააღმდეგობას, ზედაპირის თვისებებს და ინტერფეისის ხარისხს, რაც საშუალებას იძლევა ზუსტი კონტროლი ფირის ზრდის დროს.

5. წინსვლა მომავლისკენ
ბოლო წლებში მნიშვნელოვანი ძალისხმევა მიმართულია SiC-დაფარული გრაფიტის სუბსტრატების წარმოების პროცესების გასაუმჯობესებლად. მკვლევარები ყურადღებას ამახვილებენ საფარის სისუფთავის, ერთგვაროვნებისა და სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზრდაზე და ხარჯების შემცირებაზე. გარდა ამისა, ინოვაციური მასალების შესწავლა, როგორიცაატანტალის კარბიდის (TaC) საფარიგვთავაზობს პოტენციურ გაუმჯობესებას თბოგამტარობისა და კოროზიის წინააღმდეგობის თვალსაზრისით, რაც გზას უხსნის შემდეგი თაობის გადაწყვეტილებებს.

რამდენადაც მოთხოვნილება SiC-დაფარულ გრაფიტის მგრძნობელობებზე იზრდება, ინტელექტუალურ წარმოებასა და სამრეწველო მასშტაბის წარმოებაში მიღწევები ხელს შეუწყობს მაღალი ხარისხის პროდუქტების განვითარებას ნახევარგამტარული და ოპტოელექტრონული ინდუსტრიების განვითარებადი საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად.