การประยุกต์วัสดุสนามความร้อนที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลักในการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์

Ⅰ- ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับวัสดุ SiC:

1. ภาพรวมของคุณสมบัติวัสดุ:

ที่เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามเรียกว่าสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์และความกว้างของ bandgap อยู่ที่ประมาณ 3.2ev ซึ่งเป็นสามเท่าของความกว้าง bandgap ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิกอน (1.12ev สำหรับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอน) ดังนั้นจึงเรียกว่า semiconductor bandgap bandgap อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนมีขีด จำกัด ทางกายภาพที่ยากที่จะบุกเข้าไปในสถานการณ์ที่อุณหภูมิสูงแรงดันสูงและความถี่สูง การปรับโครงสร้างอุปกรณ์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไปและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามที่แสดงโดย SIC และกานได้โผล่ออกมา

2. การประยุกต์ใช้อุปกรณ์ SIC:

จากประสิทธิภาพพิเศษอุปกรณ์ SIC จะค่อยๆแทนที่ซิลิคอนที่ใช้ในด้านอุณหภูมิสูงความดันสูงและความถี่สูงและมีบทบาทสำคัญในการสื่อสาร 5G, เรดาร์ไมโครเวฟ, การบินและอวกาศ, ยานพาหนะพลังงานใหม่, การขนส่งทางรถไฟ, อัจฉริยะอัจฉริยะ กริดและสาขาอื่น ๆ

3. วิธีการเตรียม:

(1)การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT): อุณหภูมิการเจริญเติบโตอยู่ที่ประมาณ 2100~2400℃ ข้อดีคือเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ ต้นทุนการผลิตต่ำ และการปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของคริสตัลอย่างต่อเนื่อง ข้อเสียคือเป็นเรื่องยากที่จะจัดหาวัสดุอย่างต่อเนื่อง และควบคุมสัดส่วนของส่วนประกอบในเฟสก๊าซได้ยาก ปัจจุบันการหาคริสตัลประเภท P เป็นเรื่องยาก

(2)วิธีการแก้ปัญหาเมล็ดพันธุ์ด้านบน (TSSG): อุณหภูมิการเติบโตประมาณ 2,200 ℃ ข้อดีคือ อุณหภูมิการเจริญเติบโตต่ำ ความเครียดต่ำ ความบกพร่องในการเคลื่อนตัวน้อย การเติมชนิด P, 3Cการเติบโตของคริสตัลและการขยายตัวของเส้นผ่านศูนย์กลางง่าย อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องการรวมโลหะยังคงมีอยู่และแหล่งจ่ายอย่างต่อเนื่องของแหล่ง Si/C นั้นไม่ดี

(3)การสะสมไอสารเคมีอุณหภูมิสูง (HTCVD): อุณหภูมิการเจริญเติบโตอยู่ที่ประมาณ 1600~1900℃ ข้อดีคือการจัดหาวัตถุดิบอย่างต่อเนื่อง การควบคุมอัตราส่วน Si/C ที่แม่นยำ ความบริสุทธิ์สูง และการเติมที่สะดวก ข้อเสียคือต้นทุนวัตถุดิบที่เป็นก๊าซสูง ความยากสูงในการรักษาทางวิศวกรรมสำหรับไอเสียจากสนามความร้อน มีข้อบกพร่องสูง และมีวุฒิภาวะทางเทคนิคต่ำ

Ⅱ- การจำแนกประเภทของฟังก์ชันสนามระบายความร้อนวัสดุ

1. ระบบฉนวน:

ฟังก์ชัน: สร้างการไล่ระดับอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการเติบโตของคริสตัล

ข้อกำหนด: การนำความร้อนการนำไฟฟ้าความบริสุทธิ์ของระบบวัสดุฉนวนกันความร้อนอุณหภูมิสูงสูงกว่า 2000 ℃

2. เบ้าหลอมระบบ:

การทำงาน: 

①ส่วนประกอบความร้อน; 

② คอนเทนเนอร์การเจริญเติบโต

ข้อกำหนด: ความต้านทาน การนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ความบริสุทธิ์

3. การเคลือบแทซีส่วนประกอบ:

ฟังก์ชัน: ยับยั้งการกัดกร่อนของกราไฟท์ฐานด้วย Si และยับยั้งการรวม C

ข้อกำหนด: ความหนาแน่นของการเคลือบ ความหนาของการเคลือบ ความบริสุทธิ์

4. กราไฟท์ที่มีรูพรุนส่วนประกอบ:

การทำงาน: 

①ส่วนประกอบของอนุภาคคาร์บอนตัวกรอง; 

②แหล่งอาหารเสริมคาร์บอน

ข้อกำหนด: การส่งผ่าน การนำความร้อน ความบริสุทธิ์

Ⅲ- โซลูชันระบบสนามความร้อน

ระบบฉนวน:

ฉนวนกันความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตทรงกระบอกด้านในมีความหนาแน่นของพื้นผิวสูงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อนที่ดี มันสามารถลดการกัดกร่อนของซิลิคอนที่รั่วไหลออกมาจากเบ้าหลอมไปยังวัสดุฉนวนด้านข้างดังนั้นจึงมั่นใจได้ถึงความเสถียรของสนามความร้อน

ส่วนประกอบการทำงาน:

(1)เคลือบแทนทาลัมคาร์ไบด์ส่วนประกอบ

(2)กราไฟท์ที่มีรูพรุนส่วนประกอบ

(3)คอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนส่วนประกอบของสนามความร้อน