כיצד מייצרים אבקת מיקרו SiC?

גביש יחיד SiC הוא חומר מוליך למחצה מורכב מקבוצה IV-IV המורכב משני יסודות, Si ו-C, ביחס סטוכיומטרי של 1:1. הקשיות שלו שנייה רק ליהלום.

שיטת הפחתת הפחמן של תחמוצת סיליקון להכנת SiC מבוססת בעיקר על נוסחת התגובה הכימית הבאה:

תהליך התגובה של הפחתת פחמן של תחמוצת סיליקון הוא מורכב יחסית, בו טמפרטורת התגובה משפיעה ישירות על המוצר הסופי.

בתהליך ההכנה של סיליקון קרביד, חומרי הגלם מוכנסים תחילה לכבשן התנגדות. תנור ההתנגדות מורכב מקירות קצה בשני הקצוות, עם אלקטרודת גרפיט במרכז, וליבת התנור מחברת בין שתי האלקטרודות. בשולי ליבת התנור מניחים תחילה את חומרי הגלם המשתתפים בתגובה, ולאחר מכן מניחים את החומרים המשמשים לשימור חום על הפריפריה. כאשר ההיתוך מתחיל, תנור ההתנגדות מופעל והטמפרטורה עולה ל-2,600 עד 2,700 מעלות צלזיוס. אנרגיית חום חשמלית מועברת למטען דרך פני השטח של ליבת התנור, מה שגורם לחימום הדרגתי. כאשר טמפרטורת המטען עולה על 1450 מעלות צלזיוס, מתרחשת תגובה כימית ליצירת סיליקון קרביד וגז פחמן חד חמצני. ככל שתהליך ההיתוך נמשך, אזור הטמפרטורות הגבוהות במטען יתרחב בהדרגה, וגם כמות הסיליקון קרביד שנוצרת תגדל. סיליקון קרביד נוצר ללא הרף בכבשן, ובאמצעות אידוי ותנועה, הגבישים גדלים בהדרגה ובסופו של דבר מתאספים לגבישים גליליים.

חלק מהדופן הפנימית של הגביש מתחיל להתפרק עקב הטמפרטורה הגבוהה העולה על 2,600 מעלות צלזיוס. יסוד הסיליקון המיוצר בפירוק יתחבר מחדש עם יסוד הפחמן במטען ליצירת סיליקון קרביד חדש.

כאשר התגובה הכימית של סיליקון קרביד (SiC) הושלמה והתנור התקרר, השלב הבא יכול להתחיל. תחילה מפרקים את קירות הכבשן ולאחר מכן בוחרים את חומרי הגלם בכבשן ומדרגים אותם שכבה אחר שכבה. חומרי הגלם הנבחרים נגרסים לקבלת החומר הגרגירי שאנו רוצים. לאחר מכן, זיהומים בחומרי הגלם מוסרים באמצעות שטיפת מים או ניקוי בתמיסות חומצה ואלקליות, כמו גם הפרדה מגנטית ושיטות נוספות. יש לייבש את חומרי הגלם המנוקים ולאחר מכן לסנן שוב, ולבסוף ניתן להשיג אבקת סיליקון קרביד טהורה. במידת הצורך, ניתן לעבד אבקות אלו בהתאם לשימוש בפועל, כגון עיצוב או טחינה עדינה, כדי לייצר אבקת סיליקון קרביד עדינה יותר.

השלבים הספציפיים הם כדלקמן:

(1) חומרי גלם

אבקת מיקרו סיליקון קרביד ירוקה מיוצרת על ידי ריסוק גס יותר של סיליקון קרביד ירוק. ההרכב הכימי של סיליקון קרביד צריך להיות גדול מ-99%, ופחמן חופשי ותחמוצת ברזל צריכים להיות פחות מ-0.2%.

(2) שבורה

כדי לרסק חול סיליקון קרביד לאבקה דקה, משתמשים כיום בשתי שיטות בסין, האחת היא ריסוק טחנת כדורים רטובה לסירוגין, והשנייה היא ריסוק באמצעות טחנת אבקת זרימת אוויר.

(3) הפרדה מגנטית

לא משנה באיזו שיטה משתמשים כדי לרסק אבקת סיליקון קרביד לאבקה דקה, בדרך כלל נעשה שימוש בהפרדה מגנטית רטובה והפרדה מגנטית מכנית. הסיבה לכך היא שאין אבק בזמן הפרדה מגנטית רטובה, החומרים המגנטיים מופרדים לחלוטין, המוצר לאחר ההפרדה המגנטית מכיל פחות ברזל, ואבקת הסיליקון קרביד שנלקחה על ידי החומרים המגנטיים גם היא פחותה.

(4) הפרדת מים

העיקרון הבסיסי של שיטת הפרדת המים הוא להשתמש במהירויות השקיעה השונות של חלקיקי סיליקון קרביד בקטרים שונים במים כדי לבצע מיון בגודל החלקיקים.

(5) הקרנה על-קולית

עם התפתחות הטכנולוגיה הקולית, נעשה בו שימוש נרחב גם בהקרנה קולית של טכנולוגיית מיקרו-אבקה, שיכולה בעצם לפתור בעיות הקרנה כגון ספיחה חזקה, צבירה קלה, חשמל סטטי גבוה, עדינות גבוהה, צפיפות גבוהה ומשקל סגולי קל. .