Penerapan bahan medan termal berbasis karbon dalam pertumbuhan kristal silikon karbida

Ⅰ. Pengantar materi SiC:

1. Ikhtisar sifat material:

Itusemikonduktor generasi ketigaDisebut semikonduktor majemuk, dan lebar celah pitanya sekitar 3,2eV, yang merupakan tiga kali lebar celah pita bahan semikonduktor berbasis silikon (1,12eV untuk bahan semikonduktor berbasis silikon), sehingga disebut juga semikonduktor celah pita lebar. Perangkat semikonduktor berbasis silikon memiliki batasan fisik yang sulit ditembus dalam beberapa skenario aplikasi suhu tinggi, tekanan tinggi, dan frekuensi tinggi. Menyesuaikan struktur perangkat tidak lagi dapat memenuhi kebutuhan, dan bahan semikonduktor generasi ketiga diwakili oleh SiC danGaNtelah muncul.

2. Penerapan perangkat SiC:

Berdasarkan kinerja khususnya, perangkat SiC secara bertahap akan menggantikan berbasis silikon di bidang suhu tinggi, tekanan tinggi, dan frekuensi tinggi, dan memainkan peran penting dalam komunikasi 5G, radar gelombang mikro, ruang angkasa, kendaraan energi baru, transportasi kereta api, smart grid, dan bidang lainnya.

3. Metode persiapan:

(1)Transportasi uap fisik (PVT): Suhu pertumbuhan sekitar 2100~2400℃. Keuntungannya adalah teknologi yang matang, biaya produksi yang rendah, dan peningkatan kualitas dan hasil kristal yang berkelanjutan. Kerugiannya adalah sulitnya memasok material secara terus menerus, dan sulit mengontrol proporsi komponen fasa gas. Saat ini sulit mendapatkan kristal tipe P.

(2)Metode Solusi Benih Teratas (TSSG): Suhu pertumbuhan sekitar 2200℃. Keuntungannya adalah suhu pertumbuhan rendah, stres rendah, sedikit cacat dislokasi, doping tipe P, 3Cpertumbuhan kristal, dan perluasan diameter yang mudah. Namun, cacat inklusi logam masih ada, dan pasokan sumber Si/C yang berkelanjutan buruk.

(3)Deposisi uap kimia suhu tinggi (HTCVD): Suhu pertumbuhan sekitar 1600~1900℃. Keuntungannya adalah pasokan bahan baku yang berkelanjutan, kontrol rasio Si/C yang tepat, kemurnian tinggi, dan doping yang nyaman. Kerugiannya adalah tingginya biaya bahan baku gas, tingginya kesulitan dalam perawatan rekayasa knalpot medan termal, cacat yang tinggi, dan kematangan teknis yang rendah.

Ⅱ. Klasifikasi fungsional daribidang termalbahan

1. Sistem isolasi:

Fungsi: Buat gradien suhu yang diperlukanpertumbuhan kristal

Persyaratan: Konduktivitas termal, konduktivitas listrik, kemurnian sistem bahan isolasi suhu tinggi di atas 2000℃

2. Percobaansistem:

Fungsi: 

① Komponen pemanas; 

② Wadah pertumbuhan

Persyaratan: Resistivitas, konduktivitas termal, koefisien ekspansi termal, kemurnian

3. lapisan TaCkomponen:

Fungsi: Menghambat korosi grafit dasar oleh Si dan menghambat inklusi C

Persyaratan: Kepadatan lapisan, ketebalan lapisan, kemurnian

4. Grafit berporikomponen:

Fungsi: 

① Menyaring komponen partikel karbon; 

② Melengkapi sumber karbon

Persyaratan: Transmisi, konduktivitas termal, kemurnian

Ⅲ. Solusi sistem medan termal

Sistem isolasi:

Silinder bagian dalam insulasi komposit karbon/karbon memiliki kepadatan permukaan yang tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan guncangan termal yang baik. Hal ini dapat mengurangi korosi silikon yang bocor dari wadah ke bahan insulasi samping, sehingga menjamin stabilitas medan termal.

Komponen fungsional:

(1)Dilapisi Tantalum karbidakomponen

(2)Grafit berporikomponen

(3)Komposit karbon/karbonkomponen medan termal