Sa phróiseas fáis criostail aonair chomhdhúile sileacain, is é iompar gaile fisiceach an modh tionsclaíochta príomhshrutha atá ann faoi láthair. Maidir leis an modh fáis PVT,púdar chomhdhúile sileacainTá tionchar mór aige ar an bpróiseas fáis. Gach paraiméadair depúdar chomhdhúile sileacaintionchar díreach ar cháilíocht fás criostail aonair agus airíonna leictreacha. In iarratais tionsclaíocha atá ann faoi láthair, a úsáidtear go coitiantapúdar chomhdhúile sileacainIs é próiseas sintéise an modh sintéise ard-teocht féin-iomadaithe.
Úsáideann an modh sintéise ard-teocht féin-iomadaithe teocht ard chun teas tosaigh a thabhairt don imoibritheoirí chun imoibrithe ceimiceacha a thosú, agus ansin úsáideann sé a teas imoibrithe ceimiceach féin chun ligean do na substaintí neamh-imoibrithe leanúint ar aghaidh ag cur an imoibrithe ceimiceacha i gcrích. Mar sin féin, ós rud é go scaoileann imoibriú ceimiceach Si agus C níos lú teasa, ní mór imoibreoirí eile a chur leis chun an t-imoibriú a choinneáil. Dá bhrí sin, tá modh sintéise féin-iomadaithe feabhsaithe molta ag go leor scoláirí ar an mbonn seo, ag tabhairt isteach activator. Tá an modh féin-iomadaithe sách éasca a chur i bhfeidhm, agus tá paraiméadair sintéise éagsúla éasca le rialú cobhsaí. Buaileann sintéis ar scála mór le riachtanais na tionsclaíochta.
Chomh luath le 1999, d'úsáid Bridgeport an modh sintéise ardteochta féin-iomadaithe chun sintéis a dhéanamh.Púdar SiC, ach d'úsáid sé ethoxysilane agus roisín feanól mar amhábhair, rud a bhí costasach. D'úsáid Gao Pan agus daoine eile púdar Si ard-íonachta agus púdar C mar amhábhair chun sintéisiú a dhéanamhPúdar SiCtrí imoibriú ardteochta in atmaisféar argón. Ning Lina ullmhaithe mór-cáithníníPúdar SiCtrí shintéis tánaisteach.
Déanann an foirnéis téimh ionduchtaithe meánmhinicíochta a d'fhorbair an Dara Institiúid Taighde na Síne Electronics Technology Group Corporation púdar sileacain agus púdar carbóin a mheascadh go cothrom i gcóimheas stoichiometric áirithe agus cuireann sé iad i breogán graifíte. Tá anbreogán graifíta chur i foirnéise teasa ionduchtaithe meán-minicíocht le haghaidh téimh, agus úsáidtear an t-athrú teochta chun an chéim íseal-teocht agus céim ard-teocht chomhdhúile sileacain faoi seach a shintéisiú agus a athrú. Ós rud é go bhfuil teocht an imoibrithe sintéise β-SiC sa chéim íseal-teocht níos ísle ná an teocht volatilization Si, is féidir le sintéis β-SiC faoi fholús ard a chinntiú go maith an féin-iomadú. Cuireann an modh chun gás argón, hidrigin agus HCl a thabhairt isteach i sintéis α-SiC cosc ar dhianscaoileadhPúdar SiCsa chéim ard-teocht, agus is féidir leis an ábhar nítrigine i púdar α-SiC a laghdú go héifeachtach.
Dhear Shandong Tianyue foirnéis sintéise, ag baint úsáide as gás silane mar amhábhar sileacain agus púdar carbóin mar amhábhar carbóin. Coigeartaíodh méid an gháis amhábhar a tugadh isteach trí mhodh sintéise dhá chéim, agus bhí méid na gcáithníní deiridh de chomhdhúile sileacain sintéise idir 50 agus 5 000 um.
1 Fachtóirí rialaithe próiseas sintéise púdar
1.1 Éifeacht méid na gcáithníní púdar ar fhás criostail
Tá tionchar an-tábhachtach ag méid na gcáithníní de phúdar chomhdhúile sileacain ar an bhfás criostail aonair ina dhiaidh sin. Déantar fás criostail aonair SiC de réir modh PVT a bhaint amach go príomha trí chóimheas molar sileacain agus carbóin a athrú sa chomhpháirt chéim gáis, agus tá cóimheas molar sileacain agus carbóin sa chomhpháirt chéim gáis bainteach le méid na gcáithníní de phúdar chomhdhúile sileacain. . Méadaíonn an brú iomlán agus cóimheas sileacain-charbóin an chórais fáis leis an laghdú ar mhéid na gcáithníní. Nuair a laghdaíonn méid na gcáithníní ó 2-3 mm go 0.06 mm, méadaíonn an cóimheas sileacain-charbóin ó 1.3 go 4.0. Nuair a bhíonn na cáithníní beag go pointe áirithe, méadaíonn an brú páirteach Si, agus déantar sraith de scannán Si ar dhromchla an chriostail atá ag fás, rud a fhágann go bhfuil fás gás-leachtach-soladach, rud a chuireann isteach ar an polymorphism, lochtanna pointe agus lochtanna líne. sa chriostal. Dá bhrí sin, ní mór rialú maith a dhéanamh ar mhéid na gcáithníní de phúdar chomhdhúile sileacain ard-íonachta.
Ina theannta sin, nuair a bhíonn méid na gcáithníní púdar SiC sách beag, díscaoileann an púdar níos tapúla, rud a fhágann fás iomarcach criostail aonair SiC. Ar thaobh amháin, i dtimpeallacht ardteochta fás criostail aonair SiC, déantar an dá phróiseas sintéise agus dianscaoilte ag an am céanna. Déanfaidh púdar chomhdhúile sileacain charbóin a dhianscaoileadh agus a fhoirmiú sa chéim gáis agus sa chéim sholadach mar Si, Si2C, SiC2, rud a fhágann go mbeidh carbónú tromchúiseach ar phúdar polycrystalline agus foirmiú cuimsithe carbóin sa chriostail; ar an láimh eile, nuair a bhíonn ráta dianscaoilte an phúdair sách tapa, tá seans maith go n-athrófar struchtúr criostail an chriostail aonair SiC tar éis fás, rud a fhágann go bhfuil sé deacair rialú a dhéanamh ar cháilíocht an chriostail aonair SiC a fhástar.
1.2 Éifeacht foirm criostail púdar ar fhás criostail
Is próiseas sublimation-athchriostalú ag teocht ard é fás criostail aonair SiC trí mhodh PVT. Tá tionchar tábhachtach ag foirm criostail amhábhar SiC ar fhás criostail. Sa phróiseas sintéise púdar, déanfar an chéim sintéise íseal-teocht (β-SiC) le struchtúr ciúbach den chill aonad agus an chéim sintéise ard-teocht (α-SiC) le struchtúr heicseagánach den chill aonad a tháirgeadh go príomha. . Tá go leor foirmeacha criostail chomhdhúile sileacain agus raon rialaithe teochta caol. Mar shampla, athrófar 3C-SiC ina pholaimorph cairbíde sileacain heicseagánach, ie 4H/6H-SiC, ag teocht os cionn 1900°C.
Le linn an phróisis fáis criostail aonair, nuair a úsáidtear púdar β-SiC chun criostail a fhás, tá an cóimheas molar sileacain-charbóin níos mó ná 5.5, agus nuair a úsáidtear púdar α-SiC chun criostail a fhás, is é an cóimheas molar sileacain-charbóin 1.2. Nuair a ardaíonn an teocht, tarlaíonn trasdul céime sa bhreogán. Ag an am seo, déantar an cóimheas molar sa chéim gáis níos mó, rud nach bhfuil a chabhródh le fás criostail. Ina theannta sin, gintear neamhíonachtaí céim gáis eile, lena n-áirítear carbóin, sileacain, agus dé-ocsaíd sileacain, go héasca le linn an phróisis aistrithe céim. Mar gheall ar na neamhíonachtaí seo a bheith i láthair, póraíonn an criostail micreafheadáin agus folúntas. Dá bhrí sin, ní mór an fhoirm criostail púdar a rialú go beacht.
1.3 Éifeacht neamhíonachtaí púdar ar fhás criostail
Bíonn tionchar ag an ábhar eisíontais i bpúdar SiC ar an núicléasú spontáineach le linn fás criostail. Dá airde an t-ábhar eisíontais, is lú an seans go n-éireoidh an criostail go spontáineach. Maidir le SiC, cuimsíonn na príomh-eisíontais miotail B, Al, V, agus Ni, a d'fhéadfadh uirlisí próiseála a thabhairt isteach le linn próiseála púdar sileacain agus púdar carbóin. Ina measc, is iad B agus Al na príomh-eisíontais ghlacóra leibhéal fuinnimh éadomhain i SiC, rud a fhágann go laghdaítear friotachas SiC. Tabharfaidh neamhíonachtaí miotail eile isteach go leor leibhéil fuinnimh, rud a fhágann go mbeidh airíonna leictreacha éagobhsaí de chriostail aonair SiC ag teocht ard, agus beidh tionchar níos mó acu ar airíonna leictreacha foshraitheanna criostail aonair leath-inslithe ard-íonachta, go háirithe an friotachas. Dá bhrí sin, ní mór púdar chomhdhúile sileacain ard-íonachta a shintéisiú a oiread agus is féidir.
1.4 Éifeacht ábhar nítrigine i bpúdar ar fhás criostail
Cinneann leibhéal an ábhair nítrigine friotachas an tsubstráit criostail aonair. Ní mór do mhonaróirí móra an tiúchan dópála nítrigine san ábhar sintéiseach a choigeartú de réir an phróisis fáis aibí criostail le linn sintéise púdar. Is iad foshraitheanna criostail aonair chomhdhúile sileacain leath-inslithe ard-íonachta na hábhair is geallta do chroí-chomhpháirteanna leictreonacha míleata. Chun foshraitheanna criostail aonair leath-inslithe ard-íonachta a fhás a bhfuil ard-fhriotacht agus airíonna leictreacha den scoth acu, ní mór ábhar na príomh-nítrigine eisíontais sa tsubstráit a rialú ag leibhéal íseal. Éilíonn foshraitheanna criostail aonair seoltacha go ndéanfaí ábhar nítrigine a rialú ag tiúchan sách ard.
2 Teicneolaíocht rialaithe eochair do shintéis púdar
Mar gheall ar thimpeallachtaí úsáide éagsúla foshraitheanna chomhdhúile sileacain, tá próisis éagsúla ag an teicneolaíocht sintéise le haghaidh púdair fáis freisin. I gcás púdair fáis criostail aonair seoltacha N-cineál, tá gá le íonacht ard-eisíontais agus aon chéim; agus le haghaidh púdair fáis criostail aonair leath-inslithe, tá gá le rialú docht ar ábhar nítrigine.
2.1 Rialú méid na gcáithníní púdar
2.1.1 Teocht sintéise
Ag coinneáil coinníollacha próisis eile gan athrú, rinneadh púdair SiC a ghintear ag teocht sintéise 1900 ℃, 2000 ℃, 2100 ℃, agus 2200 ℃ a shampláil agus a anailísiú. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, is féidir a fheiceáil go bhfuil méid na gcáithníní 250 ~ 600 μm ag 1900 ℃, agus méadaíonn méid na gcáithníní go 600 ~ 850 μm ag 2000 ℃, agus athraíonn méid na gcáithníní go suntasach. Nuair a leanann an teocht ag ardú go 2100 ℃, is é 850 ~ 2360 μm méid na gcáithníní púdar SiC, agus is gnách go mbíonn an t-ardú milis. Tá méid na gcáithníní SiC ag 2200 ℃ cobhsaí ag thart ar 2360 μm. Tá tionchar dearfach ag an méadú ar theocht sintéise ó 1900 ℃ ar mhéid na gcáithníní SiC. Nuair a leanann an teocht sintéise ag méadú ó 2100 ℃, ní athraíonn méid na gcáithníní go suntasach a thuilleadh. Dá bhrí sin, nuair a leagtar an teocht sintéise go 2100 ℃, is féidir méid cáithníní níos mó a shintéisiú ag tomhaltas fuinnimh níos ísle.
2.1.2 Am sintéise
Tá coinníollacha próisis eile gan athrú, agus socraítear an t-am sintéise go 4 h, 8 h, agus 12 h faoi seach. Taispeántar an anailís samplála púdar SiC a ghintear i bhFíor 2. Faightear go bhfuil tionchar suntasach ag an am sintéise ar mhéid na gcáithníní SiC. Nuair a bhíonn an t-am sintéise 4 h, déantar méid na gcáithníní a dháileadh go príomha ag 200 μm; nuair a bhíonn an t-am sintéise 8 h, méadaíonn méid na gcáithníní sintéiseacha go mór, a dháileadh go príomha ag thart ar 1 000 μm; de réir mar a leanann an t-am sintéise ag méadú, méadaíonn méid na gcáithníní tuilleadh, a dháileadh go príomha ag thart ar 2 000 μm.
2.1.3 Tionchar a imirt ar mhéid na gcáithníní amhábhar
Toisc go bhfuil an slabhra táirgthe ábhar sileacain intíre feabhsaithe de réir a chéile, feabhsaítear íonacht na n-ábhar sileacain a thuilleadh. Faoi láthair, tá na hábhair sileacain a úsáidtear i sintéis roinnte go príomha i sileacain gráinneach agus sileacain púdraithe, mar a thaispeántar i bhFíor 3.
Baineadh úsáid as amhábhair sileacain éagsúla chun turgnaimh sintéise chomhdhúile sileacain a dhéanamh. Taispeántar comparáid idir na táirgí sintéiseacha i bhFíor 4. Léiríonn anailís, nuair a úsáidtear amhábhair bloc sileacain, go bhfuil cuid mhór d'eilimintí Si i láthair sa táirge. Tar éis an bloc sileacain a bheith brúite den dara huair, laghdaítear an eilimint Si go suntasach sa táirge sintéiseach, ach tá sé fós ann. Ar deireadh, úsáidtear púdar sileacain le haghaidh sintéise, agus níl ach SiC i láthair sa táirge. Tá sé seo mar gheall ar an bpróiseas táirgthe, go gcaithfidh sileacain gráinneach mórmhéide imoibriú sintéise dromchla a dhéanamh ar dtús, agus déantar cairbíd sileacain a shintéisiú ar an dromchla, rud a chuireann cosc ar an bpúdar Si inmheánach a chomhcheangal tuilleadh le púdar C. Dá bhrí sin, má úsáidtear bloc sileacain mar amhábhar, ní mór é a bhrú agus ansin a chur faoi phróiseas sintéise tánaisteach chun púdar chomhdhúile sileacain a fháil le haghaidh fás criostail.
2.2 Rialú foirm criostail púdar
2.2.1 Tionchar na teochta sintéise
Ag coinneáil coinníollacha próisis eile gan athrú, is é an teocht sintéise ná 1500 ℃, 1700 ℃, 1900 ℃, agus 2100 ℃, agus déantar an púdar SiC a ghintear a shampláil agus a anailísiú. Mar a thaispeántar i bhFíor 5, tá β-SiC buí earthy, agus tá α-SiC dath níos éadroime. Trí bhreathnú ar dhath agus ar mhoirfeolaíocht an phúdair sintéiseithe, is féidir a chinneadh go bhfuil an táirge sintéiseithe β-SiC ag teocht 1500 ℃ agus 1700 ℃. Ag 1900 ℃, éiríonn an dath níos éadroime, agus cáithníní heicseagánach le feiceáil, rud a léiríonn tar éis ardú teochta go 1900 ℃, go dtarlaíonn aistriú céime, agus déantar cuid de β-SiC a thiontú go α-SiC; nuair a leanann an teocht ag ardú go 2100 ℃, fuarthas amach go bhfuil na cáithníní sintéiseithe trédhearcach, agus tá α-SiC thiontú go bunúsach.
2.2.2 Éifeacht am sintéise
Tá coinníollacha próisis eile gan athrú, agus socraítear an t-am sintéise go 4h, 8h, agus 12h, faoi seach. Déantar an púdar SiC a ghintear a shampláil agus a anailísiú de réir diffractometer (XRD). Taispeántar na torthaí i bhFíor 6. Tá tionchar áirithe ag an am sintéise ar an táirge a shintéisítear le púdar SiC. Nuair a bhíonn an t-am sintéise 4 h agus 8 h, is é an táirge sintéiseach den chuid is mó 6H-SiC; nuair a bhíonn an t-am sintéise 12 h, tá 15R-SiC le feiceáil sa táirge.
2.2.3 Tionchar an chóimheas amhábhar
Tá próisis eile fós gan athrú, déantar anailís ar mhéid na substaintí sileacain-charbóin, agus is iad na cóimheasa 1.00, 1.05, 1.10 agus 1.15 faoi seach le haghaidh turgnaimh sintéise. Léirítear na torthaí i bhFíor 7.
Ón speictream XRD, is féidir a fheiceáil, nuair a bhíonn an cóimheas sileacain-charbóin níos mó ná 1.05, tá an bhreis Si le feiceáil sa táirge, agus nuair a bhíonn an cóimheas carbóin-sileacain níos lú ná 1.05, is cosúil go bhfuil an iomarca C. Nuair a bhíonn an cóimheas sileacain-charbóin 1.05, déantar an carbóin saor in aisce sa táirge sintéiseach a dhíchur go bunúsach, agus níl aon sileacain saor in aisce le feiceáil. Dá bhrí sin, ba cheart go mbeadh an cóimheas méid de chóimheas sileacain-charbóin 1.05 chun SiC ard-íonachta a shintéisiú.
2.3 Rialú ar ábhar íseal nítrigine i bpúdar
2.3.1 Amhábhair shintéiseacha
Is iad na hamhábhair a úsáidtear sa turgnamh seo ná púdar carbóin ard-íonachta agus púdar sileacain ard-íonachta le trastomhas meánach 20 μm. Mar gheall ar a méid cáithníní beaga agus achar mór dromchla sonrach, tá siad éasca N2 a ionsú san aer. Nuair a bheidh an púdar á shintéisiú, tabharfar isteach é i bhfoirm criostail an phúdair. Le fás criostail N-cineál, mar thoradh ar dhópáil míchothrom N2 sa phúdar friotaíocht míchothrom na criostail agus fiú athruithe ar an bhfoirm criostail. Tá cion nítrigine an phúdar sintéise tar éis hidrigin a thabhairt isteach go suntasach íseal. Tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil toirt na móilíní hidrigine beag. Nuair a théitear agus a dhianscaoiltear an N2 sa phúdar carbóin agus sa phúdar sileacain ón dromchla, déantar H2 a idirleathadh go hiomlán isteach sa bhearna idir na púdair lena toirt beag, ag athsholáthar seasamh N2, agus éalaíonn N2 as an breogán le linn an phróisis folúis, an cuspóir a bhaint amach an cion nítrigine a bhaint.
2.3.2 Próiseas sintéise
Le linn sintéis púdar chomhdhúile sileacain, ós rud é go bhfuil ga na n-adamh carbóin agus na n-adamh nítrigine comhchosúil, cuirfear folúntais charbóin in ionad nítrigine i gcomhdhúile sileacain, rud a mhéadóidh an t-ábhar nítrigine. Glacann an próiseas turgnamhach seo an modh chun H2 a thabhairt isteach, agus imoibríonn H2 le heilimintí carbóin agus sileacain sa bhreogán sintéise chun gáis C2H2, C2H, agus SiH a ghiniúint. Méadaítear cion na n-eilimintí carbóin trí tharchur céim an gháis, rud a laghdaíonn folúntais charbóin. Baintear amach an cuspóir a bhaineann le nítrigin a bhaint.
2.3.3 Rialú cúlra ábhar nítrigine a phróiseáil
Is féidir breogáin graifíte le porosity mór a úsáid mar fhoinsí breise C chun gal Si a ionsú i gcomhpháirteanna na céime gáis, Si a laghdú i gcomhpháirteanna na céime gáis, agus mar sin C/Si a mhéadú. Ag an am céanna, is féidir le breogáin graifíte freagairt freisin le atmaisféar Si chun Si2C, SiC2 agus SiC a ghiniúint, atá comhionann le atmaisféar Si ag tabhairt foinse C ó bhreogán graifíte isteach san atmaisféar fáis, ag méadú an cóimheas C, agus ag méadú freisin cóimheas carbóin-sileacain. . Dá bhrí sin, is féidir an cóimheas carbóin-sileacain a mhéadú trí úsáid a bhaint as breogáin graifíte le porosity mór, folúntais charbóin a laghdú, agus an cuspóir a bhaint amach chun nítrigin a bhaint.
3 Anailís agus dearadh próiseas sintéise púdar criostail aonair
3.1 Prionsabal agus dearadh an phróisis sintéise
Tríd an staidéar cuimsitheach thuasluaite ar rialú méid na gcáithníní, foirm criostail agus ábhar nítrigine na sintéise púdar, moltar próiseas sintéise. Roghnaítear púdar ard-íonachta C agus púdar Si, agus déantar iad a mheascadh go cothrom agus a luchtú isteach i breogán graifíte de réir cóimheas sileacain-charbóin de 1.05. Roinntear céimeanna an phróisis go príomha i gceithre chéim:
1) Próiseas dínitriúcháin íseal-teocht, folúsú go 5 × 10-4 Pa, ansin hidrigin a thabhairt isteach, brú an tseomra thart ar 80 kPa, a choinneáil ar feadh 15 nóiméad, agus ceithre huaire a dhéanamh arís. Is féidir leis an bpróiseas seo eilimintí nítrigine a bhaint ar dhromchla púdar carbóin agus púdar sileacain.
2) Próiseas dínitriúcháin ardteochta, folúsú go 5 × 10-4 Pa, ansin téamh go 950 ℃, agus ansin hidrigin a thabhairt isteach, ag déanamh brú an tseomra thart ar 80 kPa, ag coinneáil ar feadh 15 nóiméad, agus ag athdhéanamh ceithre huaire. Is féidir leis an bpróiseas seo eilimintí nítrigine a bhaint ar dhromchla púdar carbóin agus púdar sileacain, agus nítrigin a thiomáint sa réimse teasa.
3) Sintéis de phróiseas céim teocht íseal, aslonnú go 5 × 10-4 Pa, ansin teas go 1350 ℃, a choinneáil ar feadh 12 uair an chloig, ansin hidrigin a thabhairt isteach chun an brú seomra a dhéanamh thart ar 80 kPa, coinnigh ar feadh 1 uair an chloig. Is féidir leis an bpróiseas seo an nítrigin atá so-ghalaithe a bhaint le linn an phróisis sintéise.
4) Sintéis de phróiseas céime teocht ard, líon isteach le cóimheas sreafa toirte gáis áirithe de hidrigin ard íonachta agus gás measctha argón, déan an brú seomra thart ar 80 kPa, ardaigh an teocht go 2100 ℃, coinnigh ar feadh 10 uair an chloig. Críochnaíonn an próiseas seo claochlú púdar chomhdhúile sileacain ó β-SiC go α-SiC agus críochnaíonn sé fás cáithníní criostail.
Ar deireadh, fan go bhfuaróidh teocht an tseomra go teocht an tseomra, líon isteach go brú an atmaisféir, agus bain an púdar amach.
3.2 Púdar próiseas iar-phróiseála
Tar éis an púdar a shintéisiú leis an bpróiseas thuas, ní mór é a iar-phróiseáil chun carbóin saor in aisce, sileacain agus neamhíonachtaí miotail eile a bhaint agus méid na gcáithníní a scagadh. Ar dtús, cuirtear an púdar sintéiseithe i muileann liathróid le haghaidh brúite, agus cuirtear an púdar cairbíd sileacain brúite i bhfoirnéis muffle agus téitear go 450 ° C le ocsaigin. Déantar an carbóin saor in aisce sa phúdar a ocsaídiú trí theas chun gás dé-ocsaíd charbóin a ghiniúint a éalaíonn ón seomra, agus mar sin baintear amach carbóin saor in aisce. Ina dhiaidh sin, déantar leacht glanadh aigéadach a ullmhú agus a chur i meaisín glantacháin cáithníní chomhdhúile sileacain le haghaidh glanadh chun carbóin, sileacain agus neamhíonachtaí miotail iarmharacha a ghintear le linn an phróisis sintéise a bhaint. Tar éis sin, nitear an t-aigéad iarmharach in uisce íon agus a thriomú. Déantar an púdar triomaithe a scagadh i scáileán creathadh le haghaidh roghnú méid na gcáithníní le haghaidh fás criostail.
Am postála: Lúnasa-08-2024