Као један од репрезентативних материјала полупроводника треће генерације, силицијум-карбид је погодан за производњу интегрисаних електронских уређаја високе температуре, високе фреквенције, против зрачења, велике снаге и велике густине. Тренутно се монокристални супстрат од силицијум-карбида који се користи у производњи уређаја углавном узгаја ПВТ (Пхисицал Вапор Транспорт) методом. Студије су показале да чистоћа СиЦ праха и други параметри попут величине честица и типа кристала имају одређени утицај на квалитет СиЦ монокристала узгајаних ПВТ методом, па чак и на квалитет следећих уређаја. Овај чланак се углавном фокусира на процес синтезе СиЦ праха високе чистоће за раст монокристала ПВТ методом.
Метода синтезе СиЦ праха
Постоји много начина за синтезу СиЦ праха. Уопштено говорећи, може се грубо поделити на три методе. Прва метода је метода чврсте фазе, међу којима су репрезентативни метод карботермалне редукције, самопроширујући метод синтезе високе температуре и метод механичке прашине; друга метода је метода течне фазе, чији је репрезентативни метод углавном сол-коагулациони лепак и метода термичког распадања полимера; трећа метода је метода гасне фазе, која укључује метод хемијског таложења, плазму и метод ласерске индукције.
1. Предности и недостаци различитих метода
Прах силицијум-карбида синтетисан методом чврсте фазе је економичнији, са широким спектром сировина и ниским ценама, и једноставан је за индустријску производњу. Међутим, прах силицијум-карбида синтетисан овом методом има висок садржај нечистоћа и низак квалитет; високотемпературни саморазмножавајући метод користи Висока температура даје реактантима почетну топлоту да започне хемијску реакцију, а затим користи сопствену топлоту хемијске реакције да би нереаговане супстанце наставиле да довршавају хемијску реакцију. Међутим, пошто хемијска реакција Си и Ц емитује мање топлоте, морају се додати и други адитиви да би се одржала реакција самоширења која неизбежно уноси нечистоће, а овај метод лако изазива неравномерну реакцију.
Тренутно је технологија синтезе силицијум-карбида у праху методом течне фазе релативно зрела. Прах силицијум-карбида синтетисан методом течне фазе изузетно је чист и фини прах нано величине, али је процес сложенији и лако је произвести штетне материје за људско тело.
Прах силицијум-карбида синтетисан методом гасне фазе има високу чистоћу и малу величину честица, што је уобичајена метода за синтезу праха силицијум-карбида високе чистоће. Међутим, овај метод синтезе има високу цену и низак принос и није погодан за масовну производњу.
2. Опрема за синтезу праха силицијум-карбида
Опрема за синтезу силицијум-карбидног праха користи се за припрему силицијум-карбидног праха потребног за узгој монокристала силицијум-карбида. Квалитетни прах силицијум-карбида игра важну улогу у даљем расту силицијум-карбида.
Синтеза силицијум-карбида у праху усваја директну реакцију угљеника у праху високе чистоће и силицијума у праху и производи се методом синтезе на високим температурама. Главне техничке потешкоће опреме за синтезу силицијум-карбида у праху су заптивање и управљање високом температуром и високим вакуумом, хлађење водом у вакуумској комори, вакуумски и мерни системи, електрични системи управљања, технологија грејања у лонцима за синтезу праха и технологија спајања.
Тренутно су највећи страни произвођачи Црее, Аимонт итд., А чистоћа синтетичког праха може достићи 99,9995%. Главне домаће јединице укључују Други кинески институт за истраживање електричне енергије, Схандонг Тианиуе, Тианке Хеда и Институт за керамику Кинеске академије наука. Чистоћа генерално може достићи 99,999%, а неке јединице могу достићи 99,9995%.
Метода синтезе СиЦ праха високе чистоће
1. ЦВД метода
Тренутно методе синтезе СиЦ праха високе чистоће које се користе за узгој монокристала углавном укључују: ЦВД метод и побољшану саморазмножавајућу методу синтезе (која се назива и метода синтезе високе температуре или метода сагоревања).
Међу њима, извор Си за ЦВД синтезу СиЦ праха генерално укључује силан и силицијум тетрахлорид, док извор Ц углавном користи угљен тетрахлорид, метан, етилен, ацетилен и пропан, док диметилдиклоросилан и тетраметилсилан И тако даље могу пружити извор Си и Ц извор истовремено.
СасхироЕзаки и сар. је користио ЦВД метод, користећи графит пахуљица као супстрат, метил хлороетан / водоник као реакциони гас и гас-носач, и одложио СиЦ филм на 1250 ～ 1350 ℃, а затим су кроз процесе оксидације, кисељења и уситњавања добијене честице . СиЦ прах пречника 200 × 1200 μм.
Иако се овом методом производи СиЦ прах високе чистоће, накнадни поступак је сложен, сировине су скупе, а принос низак.
ВЗЗху и сар. користили су ЦВД метод, користећи силан и ацетилен као реакциони гас, и водоник као гас-носач, за синтезу ултрафиног и СиЦ праха високе чистоће на 1200-1400 ° Ц.
АпарнаГупта и сар. користио хексаметилсилан као извор реакције, водоник и аргон као гас-носач, а такође је синтетисао ултра-фини и СиЦ прах високе чистоће на 1050 до 1250 ° Ц применом ЦВД методе.
Чланови горње две истраживачке групе користили су ЦВД методу за синтезу СиЦ праха високе чистоће користећи изворе органског гаса. Међутим, синтетизовани прах је ултрафини прах на нано нивоу. Иако има високу чистоћу, није је лако сакупљати и није погодан за велику серијску производњу. Синтеза чистог СиЦ праха није погодна за развој касније индустријализације.
2. Саморазмножавајућа синтеза
Претходна метода самоширења синтезе је метода паљења реактантног тела спољним извором грејања, а затим коришћењем топлоте хемијске реакције сопствене супстанце да би се наредни процес хемијске реакције спонтано наставио, синтетишући тако материјале.
Већина ове методе користи силиконски прах и чађу као сировине, а додаје и друге активаторе који директно реагују значајном брзином на 1000-1150 ° Ц да би се добио СиЦ прах. Увођење активатора неизбежно ће утицати на чистоћу и квалитет синтетисаних производа.
Стога су многи истраживачи на овој основи предложили побољшану методу само-ширења синтезе. Побољшање је углавном како би се избегло увођење активатора и како би се осигурало непрекидно и ефикасно напредовање реакције синтезе повећањем температуре синтезе и непрекидним снабдевањем грејањем.
Већ 1999. године јапанска компанија Бридгестоне користила је тетраетоксисилан као извор силицијума, а фенолну смолу као извор угљеника. Коришћењем методе сагоревања у опсегу од 1700-2000 ℃, синтетисана је величина честица 10-500μм, квалитет нечистоћа у праху СиЦ са фракцијом мањом од 0,5 × 10-6.
Међутим, реактанти ове методе користе органске супстанце, па су трошкови сировина релативно високи, што није погодно за масовну производњу СиЦ праха.
Истраживачи са Института за истраживање силицијума Кинеске академије наука користили су Си прах и Ц прах са масеним уделом сировине од 99,9% или више како би синтетизовали 99,999% масеног удела СиЦ праха погодног за раст монокристала реакцијом високе температуре у Ар атмосфера.
Нинг Лина са Универзитета Схандонг и други једнолично су мешали Си прах и Ц прах са моларним односом 1: 1. Применом секундарне реакционе методе, СиЦ прах је синтетисан на високој температури.
ЛиВАНГ и други користе активни угљен (величина честица 20-100μм) и графит пахуљица (величина честица 5-25μм) као извор угљеника (масени удео 99,9%), а силицијум високе чистоће као извор силицијума (величина честица 10-270μм, масени удео 99,999%)).
СиЦ прах високе чистоће припремљен је у вакуумској високотемпературној пећи за синтеровање у атмосфери аргона на 1900 ℃.
ЛихуанВАНГ и сар. користили су силицијум у праху (масени удео 99,999%, честице 5-10μм) и угљеник у праху (масени удео 99,999%, честице 5-20μм) за синтезу СиЦ праха високе чистоће методом синтезе сагоревања сагоревањем средње фреквенције.
Ли Бин из Другог истраживачког института кинеске корпорације Елецтроницс Тецхнологи Гроуп користио је методу само-ширења за синтезу праха силицијум-карбида за раст монокристала. У експериментима је утврђено да је чистоћа праха силицијум-карбида синтетисаног у условима високог вакуума боља од чистоће праха силицијум-карбида синтетисаног у условима гаса отвореног носача. Конкретно, услови високог вакуума помажу у смањењу концентрације Н у праху силицијум-карбида.
Поред тога, монокристали силицијум-карбида узгајани су у праху силицијум-карбида синтетисаном у условима високог вакуума. Резултати су показали да су узгајани монокристали силицијум-карбида имали високу чистоћу и одлична полуизолациона својства, што је задовољило захтеве сродних уређаја за полуизолационе подлоге. Електрични захтеви. Може се видети да је прах силицијум-карбида синтетисан у условима високог вакуума користан за раст полу-изолационих монокристала силицијум-карбида високе чистоће.
Проспект процеса синтезе СиЦ праха високе чистоће
Побољшана метода самоширења за синтезу СиЦ има релативно мало сировина и релативно једноставне поступке. Тренутно је уобичајена метода која се користи у лабораторијама за узгој монокристала за синтезу СиЦ праха. Током процеса синтезе утврђено је да различити параметри процеса синтезе имају одређени утицај на синтетизовани производ. .
У будућности је потребно ојачати истраживање у следећим областима:
1. Дубинско истраживање механизма процеса синтезе СиЦ праха високе чистоће, посебно јачање основних теоријских истраживања ефикасне контроле величине честица, облика, расподеле величине и чистоће праха.
2. Даље ојачати истраживање о побољшању специфичног процеса саморазмножавајуће синтезе СиЦ праха, како би се припремио СиЦ прах високе чистоће, погодан за монокристални раст СиЦ, доброг квалитета и високе чистоће на основу јефтиних и једноставних процеса Због тога може ефикасно побољшати квалитет раста СиЦ супстрата монокристала и промовисати развој индустрије уређаја на бази СиЦ-а из моје земље ГГ # 39.
