Bunaithe ar theicneolaíocht foirnéise fás criostail aonair chomhdhúile sileacain 8-orlach

Tá chomhdhúile sileacain ar cheann de na hábhair idéalach chun feistí ardteochta, ard-minicíochta, ardchumhachta agus ardvoltais a dhéanamh. D'fhonn éifeachtúlacht táirgthe a fheabhsú agus costais a laghdú, is treo forbartha tábhachtach é ullmhú foshraitheanna chomhdhúile sileacain ar mhórmhéid. Dírithe ar riachtanais phróiseas naFás criostail aonair chomhdhúile sileacain 8-orlach (SIC)., rinneadh anailís ar mheicníocht fáis modh iompair gaile fisiceach cairbíde sileacain (PVT), an córas téimh (TaC Guide Ring, TaC Coated Brecible,Fáinní Brataithe TaC, Pláta Brataithe TaC, Fáinne Trí-Peitil Brataithe TaC, Breogán Trí-Peitil Brataithe TaC, Sealbhóir Brataithe TaC, Graifít Phóiriúil, Feilt Bog, Suiméad Fáis Criostail Sic-brataithe Dochta agus eilePáirteanna breise Próiseas Fáis Criostail SiCar fáil ag VeTek Semiconductor ), rinneadh staidéar ar uainíocht bhreogán agus teicneolaíocht rialaithe paraiméadar próisis foirnéise fáis criostail aonair chomhdhúile sileacain, agus ullmhaíodh agus fásadh criostail 8-orlach go rathúil trí anailís ionsamhlaithe réimse teirmeach agus turgnaimh phróisis.

0 Réamhrá

Is ionadaí tipiciúil de chuid na n-ábhar leathsheoltóra tríú glúin é chomhdhúile sileacain (SiC). Tá buntáistí feidhmíochta aige mar leithead bandgap níos mó, réimse leictreach miondealaithe níos airde, agus seoltacht teirmeach níos airde. Feidhmíonn sé go maith i réimsí teocht ard, ardbhrú agus minicíocht ard, agus tá sé anois ar cheann de na príomh-threoracha forbartha i réimse na teicneolaíochta ábhar leathsheoltóra. Tá raon leathan de riachtanais iarratais aige i bhfeithiclí nua fuinnimh, giniúint cumhachta fótavoltach, iompar iarnróid, greille cliste, cumarsáid 5G, satailítí, radar agus réimsí eile. Faoi láthair, úsáideann fás tionsclaíoch criostail chomhdhúile sileacain go príomha iompar gaile fisiceach (PVT), rud a bhaineann le fadhbanna casta cúplála réimse ilfhisiciúil ilchéime, il-chomhpháirt, aistriú teasa iolrach agus mais agus idirghníomhú sreabhadh teasa maighnéadach-leictreacha. Dá bhrí sin, tá an dearadh ar an gcóras fáis PVT deacair, agus an próiseas a thomhas agus a rialú paraiméadar le linn anpróiseas fáis criostaildeacair, agus mar thoradh ar an deacracht a bhaineann le rialú a dhéanamh ar lochtanna cáilíochta na criostail chomhdhúile sileacain a fhástar agus an méid beag criostail, ionas go mbeidh costas feistí le chomhdhúile sileacain mar an tsubstráit fós ard.

Tá trealamh déantúsaíochta chomhdhúile sileacain mar bhunús le teicneolaíocht chomhdhúile sileacain agus forbairt thionsclaíoch. Is é an leibhéal teicniúil, an cumas próisis agus ráthaíocht neamhspleách foirnéise fás criostail aonair chomhdhúile sileacain an eochair d'fhorbairt ábhair chomhdhúile sileacain i dtreo méid mór agus ard-toraidh, agus is iad na príomhfhachtóirí atá ag tiomáint an tionscail leathsheoltóra tríú glúin freisin. a fhorbairt i dtreo na gcostas íseal agus ar scála mór. Faoi láthair, tá dul chun cinn suntasach déanta ag forbairt feistí chomhdhúile sileacain ard-voltais, ard-chumhachta agus ard-minicíochta, ach beidh éifeachtacht táirgthe agus costas ullmhúcháin feistí ina fhachtóir tábhachtach a chuireann srian ar a bhforbairt. I bhfeistí leathsheoltóra le criostail aonair chomhdhúile sileacain mar fhoshraith, is é luach an tsubstráit an cion is mó, thart ar 50%. Tá tábhacht mhór ag baint le forbairt trealaimh fáis criostail chomhdhúile sileacain ard-mhéid, feabhas a chur ar thorthaí agus ar ráta fáis foshraitheanna criostail aonair chomhdhúile sileacain, agus costais táirgthe a laghdú maidir le cur i bhfeidhm feistí gaolmhara. D'fhonn soláthar cumas táirgthe a mhéadú agus meánchostas feistí chomhdhúile sileacain a laghdú tuilleadh, tá leathnú méid foshraitheanna chomhdhúile sileacain ar cheann de na bealaí tábhachtacha. Faoi láthair, tá méid an tsubstráit chomhdhúile sileacain príomhshrutha idirnáisiúnta 6 orlach, agus tá sé ag dul chun cinn go tapa go 8 orlach.

I measc na bpríomhtheicneolaíochtaí is gá a réiteach i bhforbairt foirnéisí fáis criostail aonair chomhdhúile sileacain 8-orlach tá: 1) Dearadh struchtúr réimse teirmeach mórmhéide chun grádán teocht gathacha níos lú a fháil agus grádán teocht fadaimseartha níos mó atá oiriúnach don fhás. de chriostail chomhdhúile sileacain 8-orlach. 2) Rothlú breogán mórmhéid agus meicníocht tairiscint ardaithe agus ísliú corna, ionas go rothlaíonn an breogán le linn an phróisis fáis criostail agus bogann sé i gcoibhneas leis an gcorna de réir riachtanais an phróisis chun comhsheasmhacht an chriostail 8-orlach a chinntiú agus fás agus tiús a éascú. . 3) Rialú uathoibríoch ar pharaiméadair an phróisis faoi choinníollacha dinimiciúla a chomhlíonann riachtanais phróiseas fáis criostail aonair ardteochta.

1 meicníocht fáis criostail PVT

Is é an modh PVT ná criostail aonair chomhdhúile sileacain a ullmhú tríd an bhfoinse SiC a chur ag bun breogán grafite dlúth sorcóireach, agus cuirtear an criostail síl SiC in aice leis an gclúdach breogán. Déantar an breogán a théamh go 2 300 ~ 2 400 ℃ trí ionduchtú nó friotaíocht raidió-mhinicíochta, agus tá sé inslithe le bhraith graifít nógraifít scagach. Is iad na príomhshubstaintí a iompraítear ón bhfoinse SiC go dtí an síolchriostail ná móilíní Si, Si2C agus SiC2. Déantar an teocht ag an síolchriostail a rialú a bheith beagán níos ísle ná an teocht ag an micrea-phúdar níos ísle, agus cruthaítear grádán teochta aiseach sa bhreogán. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, sublimates an micrea-púdar chomhdhúile sileacain ag teocht ard chun foirm gáis imoibriúcháin de chomhpháirteanna éagsúla chéim gáis, a shroicheann an criostal síl le teocht níos ísle faoi thiomáint an grádán teochta agus criostalaithe air chun foirm a sorcóireach. tinne chomhdhúile sileacain.

Is iad na príomh-imoibrithe ceimiceacha a bhaineann le fás PVT:

SiC(s) ⇌Si(g)+C(s) (1)

2SiC⇌Si2C(g)+C(s) (2)

2SiC⇌SiC2(g)+Si(l,g) (3)

SiC(s) ⇌SiC(g) (4)

Is iad seo a leanas na saintréithe atá ag fás PVT de chriostail aonair SiC:

1) Tá dhá chomhéadan gáis-soladach ann: is é ceann an comhéadan púdar gás-SiC, agus is é an ceann eile an comhéadan gás-criostail.

2) Tá an chéim gáis comhdhéanta de dhá chineál substaintí: is é ceann amháin na móilíní támh a tugadh isteach sa chóras; is é an ceann eile an chomhpháirt chéim gáis SimCn a tháirgtear trí dhianscaoileadh agus sublimationPúdar SiC. Idirghníomhaíonn na comhpháirteanna céim gáis SimCn lena chéile, agus fásfaidh cuid de na comhpháirteanna céim gáis criostalach SimCn mar a thugtar air a chomhlíonann riachtanais an phróisis criostalaithe isteach sa chriostail SiC.

3) Sa phúdar chomhdhúile sileacain soladach, tarlóidh imoibrithe soladach-chéim idir cáithníní nach bhfuil sublimated, lena n-áirítear roinnt cáithníní a fhoirmíonn comhlachtaí ceirmeacha scagach trí shintéiriú, roinnt cáithníní a fhoirmíonn grán le méid áirithe cáithníní agus moirfeolaíocht criostalach trí imoibrithe criostalaithe, agus roinnt cáithníní chomhdhúile sileacain a chlaochlú ina gcáithníní saibhir carbóin nó ina gcáithníní carbóin mar gheall ar dhianscaoileadh neamh-stoichiometric agus sublimation.

4) Le linn an phróisis fáis criostail, tarlóidh athruithe dhá chéim: is é ceann amháin go ndéantar na cáithníní púdar soladacha chomhdhúile sileacain a chlaochlú i gcomhpháirteanna céim gáis SimCn trí dhianscaoileadh neamh-stoichiometric agus sublimation, agus is é an ceann eile go ndéantar na comhpháirteanna céim gáis SimCn a chlaochlú. isteach i gcáithníní laitíse trí chriostalú.

2 Dearadh Trealaimh Mar a thaispeántar i bhFíor 2, cuimsíonn foirnéis fáis criostail aonair chomhdhúile sileacain go príomha: tionól clúdach uachtair, tionól seomra, córas téimh, meicníocht uainíochta breogán, meicníocht ardaithe clúdach níos ísle, agus córas rialaithe leictreachais.

2.1 Córas Téimh Mar a thaispeántar i bhFíor 3, glacann an córas téimh téamh ionduchtúcháin agus tá sé comhdhéanta de choil ionduchtaithe, abreogán graifíte, ciseal inslithe (bhraith docht, bhraith bog), etc. Nuair a théann an sruth ailtéarnach meánmhinicíochta tríd an gcorna ionduchtaithe iliompair timpeall ar an taobh amuigh den bhreogán graifíte, cruthófar réimse maighnéadach ionduchtaithe den mhinicíocht chéanna sa bhreogán graifíte, rud a ghinfidh fórsa leictreaghluaisneach ionduchtaithe. Ós rud é go bhfuil seoltacht mhaith ag an ábhar breogán graifíte ard-íonachta, gintear sruth ionduchtaithe ar an mballa breogán, rud a chruthaíonn sruth eddy. Faoi ghníomhaíocht fhórsa Lorentz, tiocfaidh an sruth ionduchtach le chéile faoi dheireadh ar bhalla seachtrach an bhreogán (i.e. an éifeacht craiceann) agus lagóidh sé de réir a chéile feadh na treorach gathacha. De bharr sruthanna eddy a bheith ann, gintear teas Joule ar bhalla seachtrach an bhreogán, ag éirí mar fhoinse teasa an chórais fáis. Cinneann méid agus dáileadh teasa Joule go díreach an réimse teochta sa bhreogán, rud a chuireann isteach ar fhás an chriostail.

Mar a thaispeántar i bhFíor 4, is cuid lárnach den chóras téimh é an coil ionduchtaithe. Glacann sé dhá shraith de struchtúir coil neamhspleácha agus tá sé feistithe le meicníochtaí tairiscint cruinneas uachtaracha agus níos ísle faoi seach. Is é an coil a iompraíonn an chuid is mó de chailliúint teasa leictreach an chórais téimh ar fad, agus ní mór fuarú éigean a dhéanamh. Déantar an coil a fhoirceannadh le feadán copair agus fuaraithe le huisce taobh istigh. Is é raon minicíochta an tsrutha ionduchtaithe ná 8~12 kHz. Cinneann minicíocht an téimh ionduchtaithe doimhneacht treá an réimse leictreamaighnéadach sa bhreogán graifíte. Úsáideann meicníocht tairiscint an choil meicníocht péire scriú-tiomáinte mótair. Comhoibríonn an coil ionduchtaithe leis an soláthar cumhachta ionduchtaithe chun an breogán graifít inmheánach a théamh chun sublimation an phúdair a bhaint amach. Ag an am céanna, déantar cumhacht agus seasamh coibhneasta an dá shraith cornaí a rialú chun an teocht ag an gcriostail síl a dhéanamh níos ísle ná an micrea-púdar níos ísle, ag cruthú grádán teocht aiseach idir an síolchriostail agus an púdar sa breogán, agus a fhoirmíonn grádán teochta gathacha réasúnta ag an criostail chomhdhúile sileacain.

2.2 Meicníocht Rothlaithe breogán Le linn fás mórmhéidecriostail aonair chomhdhúile sileacain, coinnítear an breogán i dtimpeallacht bhfolús an chuas ag rothlú de réir riachtanais an phróisis, agus is gá an réimse teirmeach grádán agus an stát ísealbhrú sa chuas a choinneáil cobhsaí. Mar a thaispeántar i bhFíor 5, úsáidtear péire fearas mótair-tiomáinte chun rothlú cobhsaí an bhreogán a bhaint amach. Úsáidtear struchtúr séalaithe sreabhach maighnéadach chun séalaithe dinimiciúil an seafta rothlach a bhaint amach. Úsáideann an séala sreabhán maighnéadach ciorcad rothlach réimse maighnéadach a fhoirmítear idir an maighnéad, an bróg cuaille maighnéadach agus an muinchille maighnéadach chun an leacht maighnéadach a asú go daingean idir an barr bróg cuaille agus an muinchille chun fáinne sreabhán O-mhaith a fhoirmiú, blocáil go hiomlán. an bhearna chun an cuspóir ina saothraítear rónta a bhaint amach. Nuair a tharchuirtear an tairiscint rothlach ón atmaisféar go dtí an seomra folúis, úsáidtear an gléas ina saothraítear rónta dinimiciúil O-ring leachtach chun na míbhuntáistí a bhaineann le caitheamh éasca agus saol íseal i séalaithe soladach a shárú, agus is féidir leis an leacht maighnéadach leachtach an spás séalaithe iomlán a líonadh, ar an dóigh sin bac a chur ar gach cainéal atá in ann aer a sceitheadh, agus gan aon sceitheadh ​​a bhaint amach sa dá phróiseas de ghluaiseacht agus de stopadh breogán. Glacann an sreabhach maighnéadach agus an tacaíocht breogán struchtúr uisce-fuaraithe chun infheidhmeacht ardteochta an tsreabháin mhaighnéadaigh agus an tacaíocht breogán a áirithiú agus cobhsaíocht staid an réimse teirmeach a bhaint amach.

2.3 Meicníocht ardaithe clúdaigh níos ísle

Tá meicníocht ardaithe an chlúdaigh níos ísle comhdhéanta de mhótar tiomána, scriú liathróid, treoir líneach, lúibín ardaithe, clúdach foirnéise agus lúibín clúdach foirnéise. Tiomáineann an mótar an lúibín clúdaigh foirnéise atá ceangailte leis an bpéire treorach scriú trí laghdaitheoir chun gluaiseacht suas agus síos an chlúdaigh íochtair a bhaint amach.

Éascaíonn meicníocht ardaithe an chlúdaigh íochtair socrúchán agus baint breogáin mhóra, agus níos tábhachtaí fós, cinntíonn sé iontaofacht séalaithe an chlúdaigh foirnéise níos ísle. Le linn an phróisis iomláin, tá céimeanna athraithe brú ag an seomra mar fholús, ardbhrú, agus brú íseal. Bíonn tionchar díreach ag staid chomhbhrú agus séalaithe an chlúdaigh íochtair ar iontaofacht an phróisis. Nuair a theipeann ar an séala faoi theocht ard, déanfar an próiseas iomlán a scrapeadh. Tríd an gléas rialaithe agus teorann servo mótair, déantar tightness an tionóil chlúdaigh níos ísle agus an seomra a rialú chun an staid is fearr maidir le comhbhrú agus séalaithe an fháinne ina saothraítear rónta seomra foirnéise a bhaint amach chun cobhsaíocht bhrú an phróisis a chinntiú, mar a thaispeántar i bhFíor 6 .

2.4 Córas rialaithe leictreachais Le linn fás criostail chomhdhúile sileacain, ní mór don chóras rialaithe leictreachais paraiméadair phróisis éagsúla a rialú go cruinn, go príomha lena n-áirítear airde suíomh an choil, ráta uainíochta breogán, cumhacht téimh agus teocht, sreabhadh iontógáil gáis speisialta éagsúla, agus oscailt na an comhla comhréireach.

Mar a thaispeántar i bhFíor 7, úsáideann an córas rialaithe rialtóir in-ríomhchláraithe mar fhreastalaí, atá ceangailte leis an tiománaí servo tríd an mbus chun rialú tairiscint an choil agus an bhreogán a bhaint amach; tá sé ceangailte leis an rialtóir teochta agus an rialtóir sreafa tríd an MobusRTU caighdeánach chun rialú fíor-ama ar theocht, brú agus sreabhadh gáis próisis speisialta a bhaint amach. Bunaíonn sé cumarsáid leis na bogearraí cumraíochta trí Ethernet, malartaíonn sé faisnéis chórais i bhfíor-am, agus taispeánann sé faisnéis pharaiméadar próisis éagsúla ar an ríomhaire óstach. Malartaíonn oibreoirí, pearsanra próisis agus bainisteoirí faisnéis leis an gcóras rialaithe tríd an gcomhéadan daonna-inneall.

Déanann an córas rialaithe gach bailiú sonraí allamuigh, anailís ar stádas oibriúcháin na ngníomhairí go léir agus an gaol loighciúil idir na meicníochtaí. Faigheann an rialtóir ríomhchláraithe treoracha an ríomhaire óstaigh agus críochnaíonn sé rialú gach actuator den chóras. Déanann an rialaitheoir in-ríomhchláraithe straitéis forghníomhaithe agus sábháilteachta an roghchláir uathphróisis a fhorghníomhú. Cinntíonn cobhsaíocht an rialtóra in-ríomhchláraithe cobhsaíocht agus iontaofacht oibríocht an roghchláir phróisis.

Coinníonn an chumraíocht uachtarach malartú sonraí leis an rialtóir in-ríomhchláraithe i bhfíor-am agus taispeánann sé sonraí allamuigh. Tá sé feistithe le comhéadain oibríochta cosúil le rialú teasa, rialú brú, rialú ciorcad gáis agus rialú mótair, agus is féidir luachanna socraithe paraiméadair éagsúla a mhodhnú ar an gcomhéadan. Monatóireacht fíor-ama ar pharaiméadair aláraim, ag soláthar taispeáint aláraim scáileáin, ag taifeadadh an t-am agus na sonraí mionsonraithe maidir le tarlú agus aisghabháil aláraim. Taifeadadh fíor-ama ar na sonraí próisis go léir, ábhar oibríochta scáileáin agus am oibríochta. Déantar rialú comhleá paraiméadair phróisis éagsúla a bhaint amach tríd an gcód bunúsach taobh istigh den rialtóir in-ríomhchláraithe, agus is féidir uasmhéid de 100 céim den phróiseas a bhaint amach. Áirítear le gach céim níos mó ná dosaen paraiméadair próiseas amhail am oibríochta próisis, spriocchumhacht, brú sprice, sreabhadh argón, sreabhadh nítrigine, sreabhadh hidrigine, suíomh breogán agus ráta breogán.

3 Anailís insamhalta réimse teirmeach

Bunaítear an tsamhail anailíse insamhalta réimse teirmeach. Is é Fíor 8 an léarscáil scamall teochta sa seomra fáis breogán. D'fhonn an raon teochta fáis de chriostail aonair 4H-SiC a áirithiú, ríomhtar teocht lár an chriostail síl a bheith 2200 ℃, agus is é an teocht imeall 2205.4 ℃. Ag an am seo, is é 2167.5 ℃ teocht lár an bharr breogán, agus is é 2274.4 ℃ an teocht is airde den limistéar púdar (taobh síos), rud a fhoirmíonn grádán teocht aiseach.

Taispeántar dáileadh grádán gathacha an chriostail i bhFíor 9. Is féidir le grádán teocht cliathánach níos ísle an dromchla criostail síol feabhas a chur go héifeachtach ar an gcruth fás criostail. Is é an difríocht teochta tosaigh ríofa atá ann faoi láthair ná 5.4 ℃, agus tá an cruth iomlán beagnach cothrom agus beagán dronnach, a fhéadfaidh freastal ar chruinneas rialaithe teochta gathacha agus riachtanais aonfhoirmeachta an dromchla criostail síl.

Taispeántar an cuar difríochta teochta idir an dromchla amhábhar agus an dromchla síolchriostail i bhFíor 10. Is é 2210 ℃ teocht lár an dromchla ábhair, agus cruthaítear grádán teochta fadaimseartha de 1 ℃ / cm idir an dromchla ábhar agus an síol dromchla criostail, atá laistigh de raon réasúnta.

Taispeántar an ráta fáis measta i bhFíor 11. Is féidir le ráta fáis ró-ghasta an dóchúlacht go mbeidh lochtanna ar nós polymorphism agus dislocation a mhéadú. Tá an ráta fáis measta reatha gar do 0.1 mm/h, atá laistigh de raon réasúnta.

Trí anailís agus ríomh insamhalta réimse teirmeach, faightear go gcomhlíonann teocht an ionaid agus teocht imeall an chriostail síl grádán teocht gathacha an chriostail de 8 orlach. Ag an am céanna, cruthaíonn barr agus bun an bhreogán grádán teochta aiseach atá oiriúnach do fhad agus tiús na criostail. Is féidir le modh teasa reatha an chórais fáis freastal ar fhás criostail aonair 8-orlach.

4 Triail thurgnamhach

Ag baint úsáide as seofoirnéise fás criostail aonair chomhdhúile sileacain, bunaithe ar ghrádán teocht an insamhalta réimse teirmeach, trí na paraiméadair a choigeartú mar an teocht barr breogán, brú cuas, luas rothlaithe breogán, agus suíomh coibhneasta na gcornaí uachtaracha agus íochtaracha, rinneadh tástáil fáis criostail chomhdhúile sileacain. , agus fuarthas criostail chomhdhúile sileacain 8-orlach (mar a thaispeántar i bhFíor 12).

5 Conclúid

Rinneadh staidéar ar na príomhtheicneolaíochtaí maidir le fás criostail aonair chomhdhúile sileacain 8-orlach, mar shampla réimse teirmeach grádán, meicníocht tairiscint breogán, agus rialú uathoibríoch paraiméadair phróisis. Insamhladh agus rinneadh anailís ar an réimse teirmeach sa seomra fáis breogán chun an grádán teocht idéalach a fháil. Tar éis tástála, is féidir leis an modh téimh ionduchtaithe coil dúbailte freastal ar fhás mórmhéidecriostail chomhdhúile sileacain. Soláthraíonn taighde agus forbairt na teicneolaíochta seo teicneolaíocht trealaimh chun criostail chomhdhúile 8-orlach a fháil, agus soláthraíonn sé bunús trealaimh chun tionsclaíocht chomhdhúile sileacain a aistriú ó 6 orlach go 8 orlach, feabhas a chur ar éifeachtúlacht fáis ábhair chomhdhúile sileacain agus costais a laghdú.