Silikon karbidiň ýekeje kristal ösüş prosesinde fiziki buglary daşamak häzirki esasy senagatlaşma usulydyr. PVT ösüş usuly üçin,kremniý karbid tozyösüş prosesine uly täsir edýär. Allhli parametrlerkremniý karbid tozyýekeje kristal ösüşiniň hiline we elektrik aýratynlyklaryna gönüden-göni täsir edýär. Häzirki senagat goşundylarynda, köplenç ulanylýarkremniý karbid tozysintez prosesi, ýokary temperaturaly sintez usulydyr.
Öz-özüni ýaýradýan ýokary temperatura sintez usuly, reaktiwlere himiki reaksiýalary başlamak üçin başlangyç ýylylygy bermek üçin ýokary temperaturany ulanýar, soň bolsa bejerilmedik maddalaryň himiki reaksiýany tamamlamagyna rugsat bermek üçin öz himiki reaksiýa ýylylygyny ulanýar. Şeýle-de bolsa, Si we C-iň himiki reaksiýasy az ýylylygy bölüp çykarýandygy sebäpli, reaksiýany saklamak üçin beýleki reaktiwler goşulmalydyr. Şonuň üçin köp alym aktiwator girizip, şu esasda öz-özüni köpeltmek sintez usulyny gowulandyrmagy teklip etdi. Öz-özüňi köpeltmek usuly durmuşa geçirmek aňsat we dürli sintez parametrlerini durnukly dolandyrmak aňsat. Uly göwrümli sintez senagatlaşmagyň zerurlyklaryny kanagatlandyrýar.
1999-njy ýyldan başlap, Bridgeport sintez etmek üçin öz-özüni köpeldýän ýokary temperatura sintez usulyny ulandySiC poroşok, ýöne çig mal hökmünde etoksizilan we fenol rezini ulandy, bu gaty gymmatdy. Gao Pan we beýlekiler sintez etmek üçin çig mal hökmünde ýokary arassa Si tozy we C tozy ulandylarSiC poroşokargon atmosferasynda ýokary temperaturaly reaksiýa bilen. Ning Lina uly bölejik taýýarladySiC poroşokikinji derejeli sintez arkaly.
Hytaýyň Elektronika Tehnologiýa Topary Korporasiýasynyň Ikinji gözleg instituty tarapyndan işlenip düzülen orta ýygylykly induksiýa ýyladyş peji, kremniý tozy we uglerod tozy belli bir stoiometrik nisbatda deň derejede garyşdyrylýar we grafitde möhüm ýerde goýýar. Thegrafitheatingyladyş üçin orta ýygylykly induksiýa ýyladyş peçine ýerleşdirilýär we temperaturanyň üýtgemegi degişlilikde pes temperatura fazasyny we ýokary temperatura fazasy kremniy karbidini sintezlemek we üýtgetmek üçin ulanylýar. Pes temperatura fazasyndaky β-SiC sintez reaksiýasynyň temperaturasy Si-iň üýtgäp durýan temperaturasyndan pes bolany üçin, ýokary vakuum astynda β-SiC sintezi öz-özüni köpeltmegi üpjün edip biler. On-SiC sintezinde argon, wodorod we HCl gazyny girizmegiň usuly dargamagynyň öňüni alýarSiC poroşoktemperatureokary temperaturaly tapgyrda we α-SiC tozyndaky azotyň mukdaryny netijeli azaldyp biler.
Şandong Tianyue, silan gazyny kremniniň çig maly we uglerod pudrasy uglerod çig maly hökmünde ulanyp, sintez peçini taslady. Girizilen çig mal gazynyň mukdary iki basgançakly sintez usuly bilen sazlandy we iň soňky sintez edilen kremniy karbid bölejikleriniň ululygy 50 bilen 5 000 um aralygynda boldy.
1 Poroşok sinteziniň gözegçilik faktorlary
1.1 Poroşok bölejikleriniň ululygynyň kristal ösmegine täsiri
Silikon karbid tozynyň bölejikleriniň ululygy, soňraky ýekeje kristal ösmegine gaty möhüm täsir edýär. PVT usuly bilen SiC ýeke kristalynyň ösmegi, esasan, gaz fazasynyň düzümindäki kremniniň we uglerodyň molar gatnaşygyny üýtgetmek arkaly gazanylýar we gaz fazasynyň düzümindäki kremniniň we uglerodyň gatnaşygy kremniniň karbid tozynyň bölejikleriniň ululygy bilen baglanyşyklydyr. . Ösüş ulgamynyň umumy basyşy we kremniy-uglerod gatnaşygy bölejikleriň ululygynyň azalmagy bilen ýokarlanýar. Bölejikleriň ululygy 2-3 mm-den 0.06 mm-e çenli azalanda, kremniý-uglerod gatnaşygy 1,3-den 4.0-a çenli ýokarlanýar. Bölejikler belli bir derejede kiçi bolanda, Si bölekleýin basyş ýokarlanýar we ösýän kristalyň üstünde Si filminiň gatlagy emele gelýär, bu polimorfizme, nokat kemçiliklerine we çyzyk kemçiliklerine täsir edýän gaz-suwuk-gaty ösmegine sebäp bolýar. kristalda. Şonuň üçin ýokary arassa kremniy karbid tozynyň bölejikleriniň ululygy gowy gözegçilikde saklanmalydyr.
Mundan başga-da, SiC poroşok bölejikleriniň ululygy az bolanda, poroşok has çalt çüýräp, SiC ýeke kristallarynyň aşa köpelmegine sebäp bolýar. Bir tarapdan, SiC ýeke kristal ösüşiniň ýokary temperatura gurşawynda sintez we dargamak iki prosesi bir wagtda amala aşyrylýar. Silikon karbid tozy, gaz fazasynda we Si, Si2C, SiC2 ýaly gaty fazada uglerody emele getirer we polikristally poroşokyň çynlakaý karbonlaşmagyna we kristalda uglerodyň goşulmagyna sebäp bolar; beýleki tarapdan, poroşokyň dargamak derejesi birneme çalt bolanda, ösen SiC ýeke kristalynyň kristal gurluşy üýtgäp biler, bu ösen SiC ýeke kristalynyň hiline gözegçilik etmegi kynlaşdyrar.
1.2 Poroşok kristal görnüşiniň kristal ösmegine täsiri
SiC ýeke kristalynyň PVT usuly bilen ösmegi, ýokary temperaturada sublimasiýa-gaýtadan gurmak prosesi. SiC çig malynyň kristal görnüşi kristalyň ösmegine möhüm täsir edýär. Poroşok sintezi prosesinde birlik öýjüginiň kub gurluşy bilen pes temperaturaly sintez fazasy (β-SiC) we birlik öýjüginiň altyburç gurluşy bolan ýokary temperatura sintez fazasy (α-SiC) öndüriler. . Silikon karbid kristal görnüşleri we dar temperatura gözegçilik diapazony bar. Mysal üçin, 3C-SiC 1900 ° C-den ýokary temperaturada altyburç kremniý karbid polimorfyna, ýagny 4H / 6H-SiC öwrüler.
Cryeke-täk kristal ösüş prosesinde, kristallary ösdürip ýetişdirmek üçin β-SiC tozy ulanylanda, kremniý-uglerod molar gatnaşygy 5,5-den ýokary, kristallary ösdürip ýetişdirmek üçin α-SiC tozy ulanylanda, kremniý-uglerod molar gatnaşygy 1,2 bolýar. Temperatura ýokarlananda, fazada geçiş bolýar. Bu wagt, gaz fazasyndaky molar gatnaşygy ulalýar, bu bolsa kristalyň ösmegine amatly däl. Mundan başga-da, fazanyň geçiş döwründe uglerod, kremniý we kremniniň dioksidi ýaly beýleki gaz fazalary hapalanýar. Bu hapalaryň bolmagy, kristalyň mikrotublary we boşluklary köpeltmegine sebäp bolýar. Şonuň üçin poroşok kristal görnüşi takyk gözegçilikde saklanmalydyr.
1.3 Poroşok hapalarynyň kristal ösmegine täsiri
SiC poroşokdaky haramlyk, kristal ulalanda öz-özünden ýadro görnüşine täsir edýär. Haramlyk derejesi näçe ýokary bolsa, kristalyň öz-özünden ýadro bolmagy ähtimal. SiC üçin esasy metal hapalaryna B, Al, V we Ni degişlidir, olar kremniniň tozy we uglerod tozy gaýtadan işlemek wagtynda gaýtadan işlemek gurallary bilen girizilip bilner. Olaryň arasynda B we Al, SiC-de garşylygyň peselmegine getirýän esasy pes energiýa derejesini kabul ediji hapalardyr. Beýleki metal hapalary köp energiýa derejesini döreder, netijede ýokary temperaturada SiC ýeke kristallarynyň durnuksyz elektrik häsiýetleri dörediler we ýokary arassa ýarym izolýasiýa ýeke kristal substratlaryň elektrik aýratynlyklaryna, esasanam garşylyk görkezer. Şonuň üçin ýokary arassa kremniy karbid tozy mümkin boldugyça sintez edilmelidir.
1.4 Azotyň düzümindäki poroşokyň kristal ösmegine täsiri
Azotyň derejesi ýeke kristal substratyň garşylygyny kesgitleýär. Esasy öndürijiler, poroşok sintezi wagtynda ýetişen kristal ösüş prosesine görä sintetik materialdaky azot doping konsentrasiýasyny sazlamaly. Arassa arassa ýarym izolýasiýa kremniý karbid ýeke kristal substratlar harby ýadro elektron bölekleri üçin iň geljegi uly materialdyr. Resokary garşylykly we ajaýyp elektrik häsiýetli ýokary arassa ýarym izolýasiýa ýeke kristal substratlary ösdürmek üçin substratdaky esasy hapa azotyň düzümi pes derejede gözegçilik edilmelidir. Geçiriji ýeke kristal substratlar azot düzüminiň has ýokary konsentrasiýada gözegçilik edilmegini talap edýär.
2 Poroşok sintezi üçin esasy dolandyryş tehnologiýasy
Silikon karbid substratlarynyň dürli ulanylyş gurşawy sebäpli ösüş tozanlary üçin sintez tehnologiýasy hem dürli amallara eýe. N görnüşli geçiriji ýeke kristal ösüş tozanlary üçin ýokary haramlyk arassalygy we bir faza zerur; ýarym izolýasiýa ýeke kristal ösüş tozanlary üçin azotyň düzümine berk gözegçilik etmek zerurdyr.
2.1 Poroşok bölejikleriniň ululygyna gözegçilik
2.1.1 Sinteziň temperaturasy
Beýleki proses şertlerini üýtgetmän, 1900 ℃, 2000 ℃, 2100 and we 2200 synthesis sintez temperaturalarynda döredilen SiC tozanlary nusga alyndy we analiz edildi. 1-nji suratda görkezilişi ýaly, 1900 at-da bölejikleriň ululygynyň 250 ~ 600 μm, 2000 at bölejikleriň ululygy 600 ~ 850 μm çenli ýokarlanýar we bölejikleriň ululygy ep-esli üýtgeýär. Haçan-da temperatura 2100 to çenli ýokarlanmagyny dowam etdirende, SiC poroşokynyň bölejikleriniň ululygy 850 ~ 2360 mk bolup, ýokarlanmagy ýumşak bolýar. SiC bölejiginiň ululygy 2200 at töweregi, takmynan 2360 mkm durnukdyr. Sintez temperaturasynyň 1900 from-dan ýokarlanmagy, SiC bölejikleriniň ululygyna oňyn täsir edýär. Sinteziň temperaturasy 2100 from-dan ýokarlanmagyny dowam etdirende, bölejikleriň ululygy düýpgöter üýtgemez. Şonuň üçin sinteziň temperaturasy 2100 set kesgitlenende, has az energiýa sarp edilende has uly bölejik ululygy sintez edilip bilner.
2.1.2 Sintez wagty
Beýleki proses şertleri üýtgewsiz galýar we sinteziň wagty degişlilikde 4 sagatda, 8 sagatda we 12 sagatda kesgitlenýär. Döredilen SiC poroşok nusgasy seljermesi 2-nji suratda görkezilýär. Sintez wagtynyň SiC bölejikleriniň ululygyna ep-esli täsir edýändigi anyklandy. Sinteziň wagty 4 sag bolanda bölejikleriň ululygy esasan 200 μm paýlanýar; sinteziň wagty 8 sagatda, sintetiki bölejikleriň göwrümi ep-esli ýokarlanýar, esasan 1 000 mμ töweregi paýlanýar; sintez wagtynyň artmagy bilen bölejikleriň ululygy hasam artýar, esasan 2 000 mμ töweregi paýlanýar.
2.1.3 Çig mal bölejikleriniň ululygynyň täsiri
Içerki kremniniň material öndürmek zynjyry kem-kemden gowulaşdygyça, kremniniň materiallarynyň arassalygy hem hasam gowulaşýar. Häzirki wagtda sintezde ulanylýan kremniý materiallary esasan 3-nji suratda görkezilişi ýaly granular kremnine we tozan kremnine bölünýär.
Silikon karbid sintezi synaglaryny geçirmek üçin dürli kremniy çig mal ulanyldy. Sintetiki önümleriň deňeşdirilişi 4-nji suratda görkezilýär. Analiz, blok kremniniň çig malyny ulananyňyzda önümde köp mukdarda Si elementiniň bardygyny görkezýär. Silikon blok ikinji gezek ezilenden soň, sintetiki önümdäki Si elementi ep-esli azalýar, emma ol henizem bar. Ahyrynda sintez üçin kremniniň tozy ulanylýar we önümde diňe SiC bar. Munuň sebäbi önümçilik prosesinde ilki bilen uly göwrümli granul kremniniň ilki bilen ýerüsti sintez reaksiýasyny başdan geçirmelidigi we kremniý karbidiň üstünde sintez edilendigi, bu içerki Si poroşokynyň C tozy bilen birleşmeginiň öňüni alýar. Şonuň üçin blok kremnini çig mal hökmünde ulanýan bolsa, kristal ösmegi üçin kremniniň karbid tozy almak üçin ony ezmeli we ikinji derejeli sintez prosesine sezewar etmeli.
2.2 Poroşok kristal görnüşine gözegçilik
2.2.1 Sintez temperaturasynyň täsiri
Beýleki proses şertlerini üýtgetmän saklamak, sinteziň temperaturasy 1500 ℃, 1700 ℃, 1900 and we 2100 is, we öndürilen SiC tozy nusga alynýar we seljerilýär. 5-nji suratda görkezilişi ýaly, β-SiC toprak sary, α-SiC bolsa has reňkli. Sintezlenen poroşokyň reňkine we morfologiýasyna syn etmek bilen, sintezlenen önümiň 1500 ℃ we 1700 temperatures temperaturalarda β-SiC bolandygyny kesgitläp bolýar. 1900 At reňk has ýeňilleşýär we altyburç bölejikler peýda bolýar, bu temperatura 1900 to ýokarlanandan soň fazanyň geçişiniň bolup geçýändigini we β-SiC böleginiň α-SiC-e öwrülendigini görkezýär; temperatura 2100 to çenli ýokarlanmagyny dowam etdirende, sintez edilen bölejikleriň aç-açan we α-SiC esasan öwrülendigi ýüze çykarylýar.
2.2.2 Sintez wagtynyň täsiri
Beýleki proses şertleri üýtgewsiz galýar we sintez wagty degişlilikde 4h, 8h we 12h bolýar. Döredilen SiC tozy, diffraktometr (XRD) bilen nusga alynýar we analiz edilýär. Netijeler 6-njy suratda görkezilýär. Sintez wagty SiC tozy bilen sintezlenen önüme belli bir derejede täsir edýär. Sinteziň wagty 4 sagat 8 sagat bolanda, sintetiki önüm esasan 6H-SiC; sintez wagty 12 sagat bolanda, önümde 15R-SiC peýda bolýar.
2.2.3 Çig malyň gatnaşygy
Beýleki amallar üýtgewsiz galýar, kremniý-uglerod maddalarynyň mukdary seljerilýär we sintez synaglary üçin gatnaşygy degişlilikde 1,00, 1.05, 1.10 we 1.15. Netijeler 7-nji suratda görkezilýär.
XRD spektrinden kremniniň-uglerodyň gatnaşygy 1,05-den ýokary bolsa, önümde artykmaç Si peýda bolýar we kremniniň uglerodynyň gatnaşygy 1,05-den pes bolanda artykmaç C peýda bolýar. Silikon-uglerodyň gatnaşygy 1,05 bolanda, sintetiki önümdäki erkin uglerod esasan ýok edilýär we erkin kremniý görünmeýär. Şonuň üçin ýokary arassalykly SiC sintez etmek üçin kremniniň-uglerodyň gatnaşygy 1,05 bolmaly.
2.3 Poroşokda azotyň düzümine gözegçilik
2.3.1 Sintetiki çig mal
Bu synagda ulanylýan çig mal, ýokary diametri 20 μm bolan ýokary arassalykly uglerod tozy we ýokary arassa kremniý tozy. Ownuk bölejikleriň ululygy we uly aýratyn meýdany sebäpli, N2-ni howada siňdirmek aňsat. Poroşok sintez edilende, poroşokyň kristal görnüşine getiriler. N görnüşli kristallaryň ösmegi üçin, poroşokda N2-iň deň däl dopmagy kristalyň deň däl garşylygyna we hatda kristal görnüşiniň üýtgemegine getirýär. Wodorod girizilenden soň sintezlenen poroşokyň azot mukdary ep-esli pesdir. Sebäbi wodorod molekulalarynyň mukdary az. Uglerod tozy we kremniniň tozy bilen adsorbsirlenen N2 gyzdyrylanda we ýerden dargadylanda, H2 ownuk göwrümi bilen poroşoklaryň arasyndaky boşluga doly ýaýraýar, N2 ýagdaýyny çalyşýar we N2 wakuum prosesinde möhüm ýerden gaçýar, azotyň düzümini aýyrmak maksadyna ýetmek.
2.3.2 Sintez prosesi
Silikon karbid tozy sintez edilende, uglerod atomlarynyň we azot atomlarynyň radiusy meňzeş bolansoň, azot kremniniň karbidindäki uglerod boş ýerlerini çalşyp, azotyň mukdaryny ýokarlandyrar. Bu synag prosesi H2 girizmek usulyny kabul edýär we H2 C2H2, C2H we SiH gazlaryny öndürmek üçin möhüm sintezde uglerod we kremniy elementleri bilen reaksiýa berýär. Uglerod elementiniň mukdary gaz fazasynyň üsti bilen ýokarlanýar we şeýlelik bilen uglerod boş ýerlerini azaldýar. Azoty aýyrmak maksadyna ýetilýär.
2.3.3 Azotyň düzümine gözegçilik etmek
Uly gözenekli grafit çeňňekleri, gaz fazasynyň böleklerinde Si bugyny siňdirmek, gaz fazasynyň düzüm böleklerinde Si azaltmak we şeýlelik bilen C / Si ýokarlandyrmak üçin goşmaça C çeşmesi hökmünde ulanylyp bilner. Şol bir wagtyň özünde, grafit çüýleri Si atmosferasy bilen reaksiýa berip, Si2C, SiC2 we SiC öndürip biler, bu bolsa Si atmosferasyna ösýän atmosfera möhüm bolan grafitden C çeşmesini getirýän, C gatnaşygy ýokarlandyrýan we uglerod-kremniniň gatnaşygyny ýokarlandyrýan Si atmosferasyna deňdir. . Şonuň üçin uglerod-kremniniň gatnaşygy uly gözenekli grafit çüýleri ulanmak, uglerod boş ýerlerini azaltmak we azoty aýyrmak maksadyna ýetip bolýar.
3 singleeke kristal poroşok sintez prosesiniň derňewi we dizaýny
3.1 Sintez prosesiniň ýörelgesi we dizaýny
Poroşok sinteziniň bölejikleriň ululygyna, kristal görnüşine we azot düzümine gözegçilik etmek barada ýokarda agzalan giňişleýin gözlegiň netijesinde sintez prosesi teklip edilýär. Purokary arassa C poroşok we Si tozy saýlanýar we deň derejede garylýar we 1.05 kremniý-uglerod gatnaşygy boýunça möhüm grafite ýüklenýär. Amal ädimleri esasan dört basgançaga bölünýär:
1) Pes temperatura denitrifikasiýa prosesi, 5 × 10-4 Pa çenli vakuum, soň wodorod girizmek, kameranyň basyşyny takmynan 80 kPa, 15 minut saklamak we dört gezek gaýtalamak. Bu amal uglerod tozy we kremniniň tozy üstündäki azot elementlerini aýryp biler.
2) temperatureokary temperaturaly denitrifikasiýa prosesi, 5 × 10-4 Pa çenli vakuum, soň 950 to çenli gyzdyryp, soň bolsa wodorod girizip, kameranyň basyşyny takmynan 80 kPa, 15 minut saklap, dört gezek gaýtalamaly. Bu amal uglerod tozy we kremniý tozynyň üstündäki azot elementlerini aýryp, azoty ýylylyk meýdanyna sürüp biler.
3) Pes temperatura fazasynyň sintezi, 5 × 10-4 Pa çenli ewakuasiýa ediň, soňra 1350 to çenli gyzdyryň, 12 sagat saklaň, kameranyň basyşyny 80 kPa çenli ýokarlandyrmak üçin wodorod giriziň, 1 sagat saklaň. Bu amal sintez prosesinde üýtgän azoty aýryp biler.
4) temperatureokary temperatura fazasynyň sintezi, ýokary arassa wodorod we argon garyndy gazynyň belli bir gaz mukdary bilen dolduryň, kameranyň basyşyny takmynan 80 kPa, temperaturany 2100 to çenli ýokarlandyryň, 10 sagat saklaň. Bu amal kremniy karbid tozynyň β-SiC-den α-SiC-e öwrülmegini we kristal bölejikleriniň ösüşini tamamlaýar.
Ahyrynda, otagyň temperaturasynyň otag temperaturasyna sowamagyna, atmosfera basyşyny doldurmagyna we poroşok çykarmagyna garaşyň.
3.2 Poroşokdan soňky gaýtadan işlemek
Poroşok ýokardaky amal bilen sintez edilenden soň, erkin uglerod, kremniý we beýleki metal hapalaryny aýyrmak we bölejikleriň ululygyny barlamak üçin gaýtadan işlenmeli. Ilki bilen sintezlenen poroşok ezmek üçin top degirmenine, ezilen kremniy karbid tozy bolsa peçde goýulýar we kislorod bilen 450 ° C gyzdyrylýar. Poroşokdaky erkin uglerod, otagdan gaçýan kömürturşy gazyny öndürmek üçin ýylylyk bilen okislenýär we şeýlelik bilen erkin uglerodyň aýrylmagyna ýetýär. Netijede, kislotaly arassalaýjy suwuklyk taýýarlanylýar we sintez prosesinde emele gelen uglerod, kremniý we galyndy metal hapalaryny aýyrmak üçin arassalamak üçin kremniy karbid bölejiklerini arassalaýjy maşyna ýerleşdirilýär. Şondan soň galyndy kislotasy arassa suwda ýuwulýar we guradylýar. Guradylan poroşok, kristalyň ösmegi üçin bölejikleriň ululygyny saýlamak üçin titreýän ekranda görkezilýär.
Iş wagty: Awgust-08-2024