Qeramika e karabit të silikonit kundrejt gjysmëpërçuesit. Karbidi i silikonit: I njëjti material me dy destinacione të dallueshme.

1. Kërkesat e Pastërtisë Divergjente për Lëndët e Para

 

SiC i gradës qeramike ka kërkesa relativisht të buta për pastërtinë e lëndës së parë pluhur. Në mënyrë tipike, produktet e gradës komerciale me pastërti 90%-98% mund të plotësojnë shumicën e nevojave të aplikimit, megjithëse qeramika strukturore me performancë të lartë mund të kërkojë pastërti 98%-99.5% (p.sh., SiC i lidhur me reaksion kërkon përmbajtje të kontrolluar të silikonit të lirë). Ai toleron papastërti të caktuara dhe ndonjëherë përfshin qëllimisht ndihmës për sinterim si oksid alumini (Al₂O₃) ose oksid itriumi (Y₂O₃) për të përmirësuar performancën e sinterimit, për të ulur temperaturat e sinterimit dhe për të rritur dendësinë e produktit përfundimtar.

 

SiC i gradës gjysmëpërçuese kërkon nivele pastërtie pothuajse perfekte. SiC monokristali i gradës së substratit kërkon pastërti ≥99.9999% (6N), me disa aplikime të nivelit të lartë që kërkojnë pastërti 7N (99.99999%). Shtresat epitaksiale duhet të mbajnë përqendrime të papastërtive nën 10¹⁶ atome/cm³ (veçanërisht duke shmangur papastërtitë e nivelit të thellë si B, Al dhe V). Edhe papastërtitë në gjurmë si hekuri (Fe), alumini (Al) ose bori (B) mund të ndikojnë rëndë në vetitë elektrike duke shkaktuar shpërndarje të bartësve, duke zvogëluar forcën e fushës së prishjes dhe në fund të fundit duke kompromentuar performancën dhe besueshmërinë e pajisjes, duke bërë të nevojshme kontroll të rreptë të papastërtive.

 

Material gjysmëpërçues karbidi silikoni

 

2. Struktura dhe Cilësi të Dallueshme Kristalore

 

SiC i gradës qeramike ekziston kryesisht si pluhur polikristalin ose trupa të sinterizuar të përbërë nga mikrokristale të shumta SiC të orientuara rastësisht. Materiali mund të përmbajë politipe të shumëfishta (p.sh., α-SiC, β-SiC) pa kontroll të rreptë mbi politipet specifike, me theks në dendësinë dhe uniformitetin e përgjithshëm të materialit. Struktura e tij e brendshme përmban kufij të bollshëm kokrrizash dhe pore mikroskopike, dhe mund të përmbajë mjete ndihmëse sinterizimi (p.sh., Al₂O₃, Y₂O₃).

 

SiC i gradës gjysmëpërçuese duhet të jetë substrate monokristalesh ose shtresa epitaksiale me struktura kristalore shumë të renditura. Kërkon politipe specifike të përftuara përmes teknikave të rritjes precize të kristaleve (p.sh., 4H-SiC, 6H-SiC). Vetitë elektrike si lëvizshmëria e elektroneve dhe boshllëku i brezit janë jashtëzakonisht të ndjeshme ndaj përzgjedhjes së politipeve, duke kërkuar kontroll të rreptë. Aktualisht, 4H-SiC dominon tregun për shkak të vetive të tij superiore elektrike, duke përfshirë lëvizshmërinë e lartë të bartësve dhe forcën e fushës së zbërthimit, duke e bërë atë ideal për pajisjet e energjisë.

 

3. Krahasimi i Kompleksitetit të Procesit

 

SiC i gradës qeramike përdor procese relativisht të thjeshta prodhimi (përgatitja e pluhurit → formimi → sinterimi), analoge me "bërjen e tullave". Procesi përfshin:

 

• Përzierja e pluhurit SiC të gradës komerciale (zakonisht me madhësi mikroni) me lidhës
• Formimi me anë të shtypjes
• Sinterim në temperaturë të lartë (1600-2200°C) për të arritur dendësimin nëpërmjet difuzionit të grimcave
  Shumica e aplikimeve mund të përmbushen me dendësi >90%. I gjithë procesi nuk kërkon kontroll të saktë të rritjes së kristalit, duke u përqendruar në vend të kësaj në formimin dhe konsistencën e sinterimit. Përparësitë përfshijnë fleksibilitetin e procesit për forma komplekse, megjithëse me kërkesa relativisht më të ulëta për pastërti.

 

SiC i gradës gjysmëpërçuese përfshin procese shumë më komplekse (përgatitja e pluhurit me pastërti të lartë → rritja e substratit me kristal të vetëm → depozitimi epitaksial i pllakave → prodhimi i pajisjeve). Hapat kryesorë përfshijnë:

 

• Përgatitja e substratit kryesisht nëpërmjet metodës së transportit fizik të avullit (PVT)
• Sublimimi i pluhurit SiC në kushte ekstreme (2200-2400°C, vakum i lartë)
• Kontroll i saktë i gradientëve të temperaturës (±1°C) dhe parametrave të presionit
• Rritja e shtresës epitaksiale nëpërmjet depozitimit kimik të avullit (CVD) për të krijuar shtresa të trasha uniforme dhe të dopuara (zakonisht disa deri në dhjetëra mikronë)
  I gjithë procesi kërkon mjedise ultra të pastra (p.sh., dhoma të pastra të Klasit 10) për të parandaluar ndotjen. Karakteristikat përfshijnë saktësi ekstreme të procesit, që kërkon kontroll mbi fushat termike dhe shkallët e rrjedhjes së gazit, me kërkesa të rrepta si për pastërtinë e lëndës së parë (>99.9999%) ashtu edhe për sofistikimin e pajisjeve.

 

4. Dallime të Rëndësishme në Kosto dhe Orientime Tregu

 

Karakteristikat e SiC të gradës qeramike:

• Lënda e parë: Pluhur i gradës komerciale
• Procese relativisht të thjeshta
• Kosto e ulët: Mijëra deri në dhjetëra mijëra RMB për ton
• Zbatime të gjera: Lëndë gërryese, lëndë zjarrduruese dhe industri të tjera të ndjeshme ndaj kostos

 

Karakteristikat e SiC të gradës gjysmëpërçuese:

• Ciklet e gjata të rritjes së substratit
• Kontroll sfidues i defekteve
• Norma të ulëta të rendimentit
• Kosto e lartë: Mijëra dollarë amerikanë për substrat 6 inç
• Tregjet e fokusuara: Elektronikë me performancë të lartë si pajisje energjie dhe komponentë RF
  Me zhvillimin e shpejtë të automjeteve me energji të re dhe komunikimeve 5G, kërkesa e tregut po rritet në mënyrë eksponenciale.

 

5. Skenarët e Aplikimit të Diferencuar

 

SiC i gradës qeramike shërben si "kali i punës industrial" kryesisht për aplikimet strukturore. Duke shfrytëzuar vetitë e tij të shkëlqyera mekanike (fortësi e lartë, rezistencë ndaj konsumimit) dhe vetitë termike (rezistencë ndaj temperaturave të larta, rezistencë ndaj oksidimit), ai shkëlqen në:

 

• Lëndë gërryese (rrota bluarëse, letër zmerile)
• Materiale zjarrduruese (veshje furre me temperaturë të lartë)
• Komponentë rezistentë ndaj konsumimit/korrozionit (trupat e pompës, veshjet e tubave)

 

Komponentët strukturorë qeramikë të karabit të silikonit

 

SiC i gradës gjysmëpërçuese performon si "elita elektronike", duke përdorur vetitë e tij të gjera gjysmëpërçuese me boshllëk brezash për të demonstruar avantazhe unike në pajisjet elektronike:

 

• Pajisjet e energjisë: Invertorët e automjeteve elektrike, konvertuesit e rrjetit (përmirësojnë efikasitetin e konvertimit të energjisë)
• Pajisjet RF: stacionet bazë 5G, sistemet e radarit (që mundësojnë frekuenca më të larta operimi)
• Optoelektronika: Materiali i substratit për LED-et blu

 

Pllakë epitaksiale SiC 200 milimetërshe

 

Dimension	SiC me gradë qeramike	SiC i gradës gjysmëpërçuese
Struktura e kristalit	Polikristalin, politipe të shumëfishta	Kristal i vetëm, politipe të përzgjedhura në mënyrë strikte
Fokusi i procesit	Dendësimi dhe kontrolli i formës	Cilësia e kristalit dhe kontrolli i vetive elektrike
Prioriteti i Performancës	Rezistenca mekanike, rezistenca ndaj korrozionit, stabiliteti termik	Vetitë elektrike (hapësira e brezit, fusha e ndarjes, etj.)
Skenarët e Aplikimit	Komponentë strukturorë, pjesë rezistente ndaj konsumimit, komponentë ndaj temperaturës së lartë	Pajisje me fuqi të lartë, pajisje me frekuencë të lartë, pajisje optoelektronike
Faktorët e kostos	Fleksibiliteti i procesit, kostoja e lëndës së parë	Shkalla e rritjes së kristalit, saktësia e pajisjeve, pastërtia e lëndës së parë

 

Si përmbledhje, ndryshimi themelor buron nga qëllimet e tyre të dallueshme funksionale: SiC i gradës qeramike përdor "formën (strukturën)", ndërsa SiC i gradës gjysmëpërçuese përdor "vetitë (elektrike)". I pari ndjek performancë mekanike/termike me kosto efektive, ndërsa i dyti përfaqëson kulmin e teknologjisë së përgatitjes së materialeve si material funksional me kristal të vetëm me pastërti të lartë. Megjithëse ndajnë të njëjtën origjinë kimike, SiC i gradës qeramike dhe i gradës gjysmëpërçuese shfaqin dallime të qarta në pastërti, strukturë kristalore dhe procese prodhimi - megjithatë të dy japin kontribute të rëndësishme në prodhimin industrial dhe përparimin teknologjik në fushat e tyre përkatëse.