Tala Fou - Fa'atulagaga ma tekonolosi fa'atuputeleina o le silicon carbide (Ⅱ)

Lona fa, o le fa'aliliuina o ausa fa'aletino

O lefelauaiga ausa fa'aletino (PVT)auala na afua mai i le asu vaega sublimation tekinolosi na fatuina e Lely i le 1955. O le paʻu SiC e tuʻuina i totonu o se faʻalava graphite ma faʻavevela i le maualuga o le vevela e pala ma faʻafefete ai le paʻu SiC, ona faʻafefe ai lea o le graphite tube. A maeʻa le faʻaleagaina o le paʻu SiC, o vaega vaʻa vaʻa e teuina ma faʻamalo i tioata SiC faataamilo i le graphite tube. E ui lava o lenei metotia e faigata ai ona maua ni tioata taʻitasi SiC lapopoa, ma o le faʻagasologa o le tuʻuina i totonu o le graphite tube e faigata ona pulea, e maua ai manatu mo tagata suʻesuʻe mulimuli ane.
Ym Terairov et al. i Rusia na faʻalauiloaina le manatu o fatu tioata i luga o lenei faʻavae ma foia le faʻafitauli o foliga tioata e le mafai ona pulea ma le tulaga o le nucleation o tioata SiC. Na fa'aauau pea ona fa'aleleia atili e le au su'esu'e mulimuli ane ma i'u ai ina fa'atupuina le auala fela'uaiga o le kesi fa'aletino (PVT) i fa'aoga fa'apisinisi i aso nei.

I le avea ai ma auala muamua o le tuputupu aʻe o le tioata SiC, o le auala e faʻafeiloaʻi ai le tino o le auala sili lea ona faʻatupulaia mo le tuputupu aʻe o le tioata SiC. Pe a faʻatusatusa i isi metotia, o le metotia e maualalo le manaʻomia mo meafaigaluega tuputupu aʻe, o se faʻagasologa faigofie o le tuputupu aʻe, faʻamalosia malosi, atinaʻe maeʻaeʻa, ma suʻesuʻega, ma ua iloa le faʻaaogaina o pisinisi. O le fausaga o le tioata ua ola i le auala masani PVT o loʻo faʻaalia i le ata.

O fanua vevela axial ma radial e mafai ona pulea e ala i le puleaina o tulaga faʻavela vevela fafo o le graphite crucible. O le paʻu SiC o loʻo tuʻuina i le pito i lalo o le graphite crucible ma se maualuga maualuga, ma o le SiC fatu tioata e faʻamau i le pito i luga o le graphite crucible i se vevela maualalo. O le mamao i le va o le pauta ma le fatu e masani lava ona pulea ia sefulu milimita e aloese ai mai le faʻafesoʻotaʻi i le va o le tioata tasi o loʻo tuputupu aʻe ma le pauta. Ole fua ole vevela e masani lava ile va ole 15-35℃/cm. O lo'o teuina se kasa inert o le 50-5000 Pa i totonu o le ogaumu e fa'ateleina ai le fa'aoso. I lenei auala, pe a uma ona vevela le paʻu o le SiC i le 2000-2500 ℃ e ala i le faʻavevelaina o le induction, o le paʻu SiC o le a faʻafefeteina ma pala i totonu o Si, Si2C, SiC2 ma isi vaega ausa, ma feaveaʻi i le fatu pito i le kesi convection, ma le O le tioata SiC o loʻo faʻapipiʻiina i luga o le tioata fatu e ausia ai le tuputupu aʻe tioata tasi. Ole fua fa'atatau ole tuputupu a'e ole 0.1-2mm/h.

O le faagasologa o le PVT e taulaʻi atu i le puleaina o le vevela o le tuputupu aʻe, faʻafefeteina o le vevela, luga o le tuputupu aʻe, vaʻavaʻai luga o mea, ma le mamafa o le tuputupu aʻe, o lona lelei o lona faagasologa e matua matutua, e faigofie ona gaosia mea mata, e maualalo le tau, ae o le tuputupu ae o le faagasologa. o le PVT auala e faigata ona matauina, fua faatatau tuputupu ae tioata o 0.2-0.4mm / h, e faigata ona tupu tioata ma mafiafia tele (> 50mm). I le mavae ai o le tele o tausaga o taumafaiga faifai pea, o le maketi o loʻo iai nei mo SiC substrate wafers ua faʻatupuina e le PVT metotia ua matua tele lava, ma o le gaosiga faaletausaga a SiC substrate wafers e mafai ona oʻo atu i le fiaselau afe o wafers, ma o lona tele e faasolosolo malie mai le 4 inisi i le 6. inisi, ma ua atiina ae 8 inisi o faʻataʻitaʻiga SiC substrate.

Lona Lima, Metotia e teu ai ausa vaila'au maualuga maualuga

O le fa'a'ofuina o le ausa o vaila'au maualuga-maualuga (HTCVD) o se auala fa'aleleia e fa'avae i luga o le fa'aputuina o ausa vaila'au (CVD). O le metotia na muamua faʻatulagaina i le 1995 e Kordina et al., Linkoping University, Suetena.
O lo'o fa'aalia le ata o le fausaga o le tuputupu a'e:

Pe a tupu le tioata SiC i le auala vai, o le vevela ma le faʻafefeteina tufatufaina i totonu o le fofo fesoasoani o loʻo faʻaalia i le ata:

E mafai ona vaʻaia o le vevela i tafatafa o le puipui faʻafefe i totonu o le fofo fesoasoani e maualuga atu, ae o le vevela i le tioata fatu e maualalo. I le faagasologa o le tuputupu ae, o le graphite crucible e maua ai se puna C mo le tuputupu ae tioata. Talu ai ona o le vevela i le puipui faʻafefe e maualuga, o le solubility o le C e tele, ma o le faʻamavaeina o le saoasaoa e vave, o se aofaiga tele o le C o le a faʻamavaeina i luga o le pa puipui e fausia ai se vaifofo tumu o C. O nei fofo ma se aofaiga tele. o le C faʻamavaeina o le a feaveaʻi i le pito i lalo o tioata fatu e ala i le faʻafefe i totonu o le fofo fesoasoani. Ona o le maualalo o le vevela o le fatu tioata pito, o le solubility o le C tutusa e faaitiitia tutusa, ma o le uluai C-tumu vaifofo avea ma se vaifofo supersaturated o C ina ua uma ona siitia atu i le pito maualalo-vevela i lalo o lenei tulaga. Supersaturated C i le vaifofo tu'ufa'atasia ma Si i le vaifofo fesoasoani e mafai ona tupu SiC tioata epitaxial i luga o le tioata fatu. A ma'ele'ele le vaega o le C ua ma'a, ona toe fo'i lea o le vaifofo i le pito vevela maualuga o le puipui fa'a'u'u ma toe fa'afefeteina le C e fai ai se vaifofo tumu.

O le faagasologa atoa e toe fai, ma tuputupu ae le tioata SiC. I le faagasologa o le tuputupu aʻe o le vai, o le faʻamavaeina ma le faʻafefe o le C i le vaifofo o se faʻailoga taua tele o le alualu i luma o le tuputupu aʻe. Ina ia faʻamautinoa le tuputupu aʻe o le tioata mautu, e manaʻomia le tausia o le paleni i le va o le faʻamavaeina o le C i le puipui faʻafefe ma le paʻu i le pito o fatu. Afai o le faʻamavaeina o le C e sili atu nai lo le vaʻa o le C, ona faʻatamaoaigaina malie lea o le C i le tioata, ma o le a tupu faʻafuaseʻi le nucleation o SiC. Afai o le faʻamavaeina o le C e itiiti ifo nai lo le faʻafefe o le C, o le tuputupu aʻe tioata o le a faigata ona faia ona o le leai o se solute.
I le taimi lava e tasi, o le felauaiga o C i le convection e aʻafia ai foi le tuʻuina atu o C i le taimi o le tuputupu aʻe. Ina ia faʻatupuina tioata SiC ma le lelei o le tioata lelei ma lava le mafiafia, e tatau ona faʻamautinoa le paleni o elemene e tolu o loʻo i luga, lea e faʻateleina ai le faigata o le tuputupu aʻe o le vaega o le SiC. Ae ui i lea, faʻatasi ai ma le faʻaleleia malie ma le faʻaleleia atili o aʻoaʻoga ma tekinolosi faʻapitoa, o le lelei o le tuputupu aʻe o vai o tioata SiC o le a faasolosolo malie ona faʻaalia.
I le taimi nei, e mafai ona ausia le tuputupu aʻe o le vai o tioata SiC 2-inisi i Iapani, ma o loʻo atiaʻe foʻi le tuputupu aʻe o le vai o tioata 4-inisi. I le taimi nei, o suʻesuʻega faʻapitonuʻu talafeagai e leʻi vaʻaia ni taunuuga lelei, ma e tatau ona tulitatao galuega suʻesuʻe talafeagai.

Lona fitu, Fa'aletino ma kemisi o tioata SiC

(1) Mea faʻainisinia: SiC tioata e matua maualuga lava le maaa ma lelei le faʻaogaina o le ofuina. O lona maaa Mohs i le va o le 9.2 ma le 9.3, ma lona Krit maaa i le va o le 2900 ma le 3100Kg/mm2, o lona lua lona lua i tioata taimane i mea na maua. Ona o le lelei o mea faʻainisinia o le SiC, o le paʻu SiC e masani ona faʻaaogaina i le tipiina poʻo le oloina pisinisi, faʻatasi ai ma le manaʻoga faaletausaga e oʻo atu i le faitau miliona o tone. O le fa'alavalava fa'alavalava i luga o nisi mea faigaluega o le a fa'aogaina ai fo'i le SiC fa'apipi'i, mo se fa'ata'ita'iga, o le fa'alavalava fa'afefe i luga o nisi va'a o lo'o fausia ile SiC coating.

(2) Meatotino vevela: E mafai ona oʻo i le 3-5 W / cm·K le faʻavevela vevela o SiC, o le 3 taimi o le semiconductor masani Si ma le 8 taimi o GaAs. O le gaosiga o le vevela o le masini e saunia e le SiC e mafai ona vave faʻaumatia, o le mea lea o manaʻoga o tulaga faʻafefe o le vevela o le masini SiC e matuaʻi matala, ma e sili atu ona talafeagai mo le saunia o masini malosi. O le SiC o lo'o i ai mea tau thermodynamic mautu. I lalo o tulaga masani o le mamafa, SiC o le a faʻaleagaina saʻo i se ausa o loʻo i ai Si ma C i le maualuga.

(3) Mea tau vailaʻau: SiC o loʻo i ai mea faʻamalositino mautu, lelei le faʻafefeteina, ma e le tali atu i soʻo se vailaʻau iloa ile vevela potu. SiC tuu i luga o le ea mo se taimi umi o le a faasolosolo malie ona fausia se vaega manifinifi o le mafiafia SiO2, e taofia ai isi tali oxidation. A oʻo atu le vevela i le sili atu i le 1700 ℃, o le SiO2 mea manifinifi e liusuavai ma faʻamaʻi vave. E mafai e le SiC ona fa'agasolo malie le fa'ama'iina o fa'ama'i fa'ama'i fa'ama'i fa'ama'i po'o fa'avae, ma e masani ona fa'a'ele'elea i le KOH ma le Na2O2 ua fa'ameamea e fa'ailoa ai le malepelepe i tioata SiC.

(4) Eletise meatotino: SiC e fai ma sui mea o le lautele bandgap semiconductors, 6H-SiC, ma le 4H-SiC bandgap lautele e 3.0 eV ma 3.2 eV i le faasologa, lea e 3 taimi o Si ma 2 taimi o GaAs. O masini semiconductor e faia i le SiC o lo'o i ai le la'ititi o le tafe ma le tele o le eletise malepelepe, o lea ua manatu le SiC o se mea lelei mo masini maualuga. O le faʻaogaina o le eletise eletise o le SiC e 2 taimi maualuga atu nai lo le Si, ma e iai foʻi tulaga lelei i le sauniuniga o masini maualuga. P-ituaiga SiC tioata po'o N-ituaiga SiC tioata e mafai ona maua e ala i le doping le mama atoms i tioata. I le taimi nei, o tioata P-ituaiga SiC e masani lava ona doped e Al, B, Be, O, Ga, Sc, ma isi atoms, ma N-ituaiga sic tioata e tele lava doped e N atoms. O le eseesega i le faʻaogaina o le doping ma le ituaiga o le ai ai se aafiaga tele i le tino ma vailaʻau o SiC. I le taimi lava e tasi, e mafai ona tuituiina le ave fua e ala i le loloto o le doping e pei o le V, e mafai ona faateleina le tetee, ma e mafai ona maua le tioata semi-insulating SiC.

(5) Mea fa'apitoa: Ona o le vaeluaga o fa'aili, o le tioata SiC e le'i fa'aaogaina e leai se lanu ma manino. O tioata SiC doped e faʻaalia lanu eseese ona o latou meatotino eseese, mo se faʻataʻitaʻiga, 6H-SiC e lanu meamata pe a uma le doping N; 4H-SiC e lanu enaena. 15R-SiC e samasama. Fa'apipi'i ile Al, 4H-SiC e foliga lanumoana. O se auala faʻaogaina e iloagofie ai le ituaiga tioata SiC e ala i le matauina o le eseesega i le lanu. Faatasi ai ma le faʻaauau suʻesuʻega i luga o faʻalapotopotoga e fesoʻotaʻi ma SiC i le 20 tausaga ua tuanaʻi, ua faʻataunuʻuina le tele o faʻalavelave i tekinolosi fesoʻotaʻi.

Valu, Fa'atomuaga o le SiC tulaga fa'atupuina

I le taimi nei, o le SiC alamanuia ua faʻateleina le atoatoa, mai substrate wafers,maepitaxialwafersi le gaosiga o masini, ma le afifiina, ua matua le filifili pisinisi uma, ma e mafai ona tuʻuina atu oloa e fesoʻotaʻi ma SiC i le maketi.

O Cree o se taʻitaʻi i le SiC tioata tuputupu aʻe alamanuia ma se tulaga taʻutaʻua i le tele ma le lelei o SiC substrate wafers. O lo'o gaosia nei e Cree 300,000 SiC substrate chips i le tausaga, fa'amauina mo le sili atu i le 80% o uta i le lalolagi.

Ia Setema 2019, na faasilasila ai e Cree o le a fausia se fale fou i le Setete o Niu Ioka, ISA, lea o le a faʻaaogaina le tekonolosi sili ona maualuga e faʻatupu ai le 200 mm le lautele o le malosi ma le RF SiC substrate wafers, e faʻaalia ai o lona 200 mm SiC substrate material preparation technology ua i ai. avea ma tagata matua.

I le taimi nei, o oloa autu o SiC substrate meataalo i luga o le maketi e masani lava 4H-SiC ma 6H-SiC conductive ma semi-insulated ituaiga o 2-6 inisi.
Ia Oketopa 2015, o Cree na muamua faʻalauiloa 200 mm SiC substrate wafers mo N-type ma LED, faʻailogaina le amataga o le 8-inisi SiC substrate wafers i luga o le maketi.
I le 2016, na amata ai ona lagolagoina e Romm le au Venturi ma o ia na muamua faʻaaoga le IGBT + SiC SBD tuʻufaʻatasia i totonu o le taʻavale e sui ai le IGBT + Si FRD solution i le masani 200 kW inverter. A maeʻa le faʻaleleia, o le mamafa o le inverter e faʻaititia e le 2 kilokalama ma o le tele e faʻaititia e 19% aʻo tumau pea le mana tutusa.

I le 2017, ina ua maeʻa le faʻaaogaina o le SiC MOS + SiC SBD, e le gata o le mamafa e faʻaititia i le 6 kilokalama, ae o le tele na faʻaititia e 43%, ma le faʻaogaina o le eletise e faʻateleina foi mai le 200 kW i le 220 kW.
Ina ua uma ona faʻaaogaina e Tesla masini faʻavae SIC i le faʻaliliuina autu o ana oloa Faʻataʻitaʻiga 3 i le 2018, na vave faʻateleina le faʻataʻitaʻiga, ma avea ai le maketi o taavale afi xEV ma puna o le fiafia mo le maketi SiC. Faatasi ai ma le manuia o le faʻaaogaina o le SiC, o lona tau faʻatauga faʻatau maketi ua vave faʻatupulaia foi.

Lona iva, Fa'ai'uga:

Faatasi ai ma le faʻaauauina pea o le faʻaleleia atili o tekinolosi faʻatekonolosi a le SiC, o le a faʻaleleia atili lona gaosiga ma le faʻamaoni, o le tau o masini SiC o le a faʻaitiitia foi, ma o le a sili atu ona manino le tauvaga maketi o SiC. I le lumanaʻi, o masini SiC o le a sili atu ona faʻaaogaina i vaega eseese e pei o taavale, fesoʻotaʻiga, eletise eletise, ma felauaiga, ma o le maketi o oloa o le a lautele, ma o le a faʻalauteleina le maketi, avea ma lagolago taua mo le atunuʻu. tamaoaiga.