اعلی طہارت SiC سنگل کرسٹل پاؤڈر ترکیب عمل

سلکان کاربائیڈ سنگل کرسٹل نمو کے عمل میں، جسمانی بخارات کی نقل و حمل موجودہ مرکزی دھارے کی صنعت کاری کا طریقہ ہے۔ PVT ترقی کے طریقہ کار کے لیے،سلکان کاربائڈ پاؤڈرترقی کے عمل پر بڑا اثر ہے. کے تمام پیرامیٹرزسلکان کاربائڈ پاؤڈربراہ راست سنگل کرسٹل ترقی اور برقی خصوصیات کے معیار کو متاثر. موجودہ صنعتی ایپلی کیشنز میں، عام طور پر استعمال کیا جاتا ہےسلکان کاربائڈ پاؤڈرترکیب کا عمل خود کو پھیلانے والا اعلی درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ ہے۔
خود کو پھیلانے والا اعلی درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ ری ایکٹنٹس کو کیمیائی رد عمل شروع کرنے کے لیے ابتدائی حرارت دینے کے لیے اعلی درجہ حرارت کا استعمال کرتا ہے، اور پھر غیر رد عمل والے مادوں کو کیمیائی رد عمل کو جاری رکھنے کی اجازت دینے کے لیے اپنی کیمیائی رد عمل کی حرارت کا استعمال کرتا ہے۔ تاہم، چونکہ Si اور C کا کیمیائی رد عمل کم حرارت جاری کرتا ہے، اس لیے رد عمل کو برقرار رکھنے کے لیے دیگر ری ایکٹنٹس کو شامل کرنا ضروری ہے۔ لہذا، بہت سے اسکالرز نے اس بنیاد پر خود کو پھیلانے والی ترکیب کا ایک بہتر طریقہ تجویز کیا ہے، ایک ایکٹیویٹر متعارف کرایا ہے۔ خود کو پھیلانے کا طریقہ لاگو کرنا نسبتا آسان ہے، اور مختلف ترکیب کے پیرامیٹرز کو مستحکم طور پر کنٹرول کرنا آسان ہے۔ بڑے پیمانے پر ترکیب صنعت کاری کی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔

1999 کے اوائل میں، برج پورٹ نے ترکیب کے لیے خود کو پھیلانے والے اعلی درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ استعمال کیا۔ایس سی پاؤڈرلیکن اس میں خام مال کے طور پر ethoxysilane اور phenol resin کا ​​استعمال کیا گیا، جو کہ مہنگا تھا۔ گاو پین اور دیگر نے ترکیب کے لیے اعلیٰ پاکیزگی والے سی پاؤڈر اور سی پاؤڈر کو خام مال کے طور پر استعمال کیا۔ایس سی پاؤڈرآرگن ماحول میں اعلی درجہ حرارت کے رد عمل سے۔ ننگ لینا نے بڑے ذرہ تیار کیا۔ایس سی پاؤڈرثانوی ترکیب کی طرف سے.

چائنا الیکٹرانکس ٹیکنالوجی گروپ کارپوریشن کے سیکنڈ ریسرچ انسٹی ٹیوٹ کے ذریعہ تیار کردہ میڈیم فریکوئنسی انڈکشن ہیٹنگ فرنس سلکان پاؤڈر اور کاربن پاؤڈر کو ایک مخصوص اسٹوچیومیٹرک تناسب میں یکساں طور پر ملاتی ہے اور انہیں گریفائٹ کروسیبل میں رکھتی ہے۔ دیگریفائٹ کروسیبلگرم کرنے کے لیے درمیانی تعدد انڈکشن ہیٹنگ فرنس میں رکھا جاتا ہے، اور درجہ حرارت کی تبدیلی کا استعمال بالترتیب کم درجہ حرارت کے مرحلے اور اعلی درجہ حرارت کے مرحلے سلکان کاربائیڈ کی ترکیب اور تبدیلی کے لیے کیا جاتا ہے۔ چونکہ کم درجہ حرارت کے مرحلے میں β-SiC ترکیب کے رد عمل کا درجہ حرارت Si کے اتار چڑھاؤ کے درجہ حرارت سے کم ہے، لہذا اعلی خلا کے تحت β-SiC کی ترکیب خود کی تشہیر کو اچھی طرح سے یقینی بنا سکتی ہے۔ α-SiC کی ترکیب میں آرگن، ہائیڈروجن اور HCl گیس کو متعارف کرانے کا طریقہ کار کے گلنے کو روکتا ہے۔ایس سی پاؤڈراعلی درجہ حرارت کے مرحلے میں، اور مؤثر طریقے سے α-SiC پاؤڈر میں نائٹروجن مواد کو کم کر سکتا ہے.

شیڈونگ تیانیو نے سلین گیس کو سلکان کے خام مال کے طور پر اور کاربن پاؤڈر کو کاربن خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے ایک ترکیب کی بھٹی تیار کی۔ متعارف کرائی گئی خام مال کی گیس کی مقدار کو دو قدمی ترکیب کے طریقہ سے ایڈجسٹ کیا گیا تھا، اور حتمی ترکیب شدہ سلکان کاربائیڈ پارٹیکل کا سائز 50 اور 5 000 um کے درمیان تھا۔

 

1 پاؤڈر کی ترکیب کے عمل کو کنٹرول کرنے والے عوامل

 

1.1 کرسٹل کی نمو پر پاؤڈر پارٹیکل سائز کا اثر

سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کے ذرہ کا سائز بعد میں سنگل کرسٹل کی ترقی پر بہت اہم اثر رکھتا ہے۔ PVT طریقہ کے ذریعہ SiC سنگل کرسٹل کی نمو بنیادی طور پر گیس فیز جزو میں سلیکون اور کاربن کے داڑھ کے تناسب کو تبدیل کرکے حاصل کی جاتی ہے، اور گیس فیز جزو میں سلیکون اور کاربن کے داڑھ کا تناسب سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کے ذرہ سائز سے متعلق ہے۔ . ذرہ کے سائز میں کمی کے ساتھ نمو کے نظام کا کل دباؤ اور سلکان کاربن کا تناسب بڑھ جاتا ہے۔ جب ذرات کا سائز 2-3 ملی میٹر سے 0.06 ملی میٹر تک کم ہو جاتا ہے، تو سلکان کاربن کا تناسب 1.3 سے 4.0 تک بڑھ جاتا ہے۔ جب ذرات ایک خاص حد تک چھوٹے ہوتے ہیں، تو Si کا جزوی دباؤ بڑھ جاتا ہے، اور بڑھتے ہوئے کرسٹل کی سطح پر Si فلم کی ایک تہہ بنتی ہے، جس سے گیس-مائع-ٹھوس نمو ہوتی ہے، جو پولیمورفزم، نقطہ نقائص اور لائن کے نقائص کو متاثر کرتی ہے۔ کرسٹل میں لہذا، اعلی طہارت سلکان کاربائڈ پاؤڈر کے ذرہ سائز کو اچھی طرح سے کنٹرول کیا جانا چاہئے.

اس کے علاوہ، جب SiC پاؤڈر کے ذرات کا سائز نسبتاً چھوٹا ہوتا ہے، تو پاؤڈر تیزی سے گل جاتا ہے، جس کے نتیجے میں SiC سنگل کرسٹل کی ضرورت سے زیادہ نشوونما ہوتی ہے۔ ایک طرف، SiC سنگل کرسٹل گروتھ کے اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں، ترکیب اور سڑنے کے دو عمل ایک ساتھ انجام پاتے ہیں۔ سلیکن کاربائیڈ پاؤڈر گیس کے مرحلے اور ٹھوس مرحلے جیسے Si, Si2C, SiC2 میں کاربن کو گلے گا اور تشکیل دے گا، جس کے نتیجے میں پولی کرسٹل لائن پاؤڈر کی سنگین کاربنائزیشن اور کرسٹل میں کاربن کی شمولیت کی تشکیل ہوگی۔ دوسری طرف، جب پاؤڈر کے سڑنے کی شرح نسبتاً تیز ہوتی ہے، تو بڑھے ہوئے SiC سنگل کرسٹل کا کرسٹل ڈھانچہ تبدیل ہونے کا خطرہ ہوتا ہے، جس سے بڑھے ہوئے SiC سنگل کرسٹل کے معیار کو کنٹرول کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔

 

1.2 کرسٹل کی نمو پر پاؤڈر کرسٹل فارم کا اثر

PVT طریقہ کے ذریعہ SiC سنگل کرسٹل کی نشوونما اعلی درجہ حرارت پر ایک sublimation-recrystallization کا عمل ہے۔ SiC خام مال کی کرسٹل شکل کرسٹل کی نمو پر ایک اہم اثر رکھتی ہے۔ پاؤڈر کی ترکیب کے عمل میں، یونٹ سیل کی مکعب ساخت کے ساتھ کم درجہ حرارت کی ترکیب کا مرحلہ (β-SiC) اور یونٹ سیل کی ہیکساگونل ساخت کے ساتھ اعلی درجہ حرارت کی ترکیب کا مرحلہ (α-SiC) بنیادی طور پر تیار کیا جائے گا۔ . بہت سے سلکان کاربائیڈ کرسٹل فارم اور ایک تنگ درجہ حرارت کنٹرول رینج ہیں. مثال کے طور پر، 3C-SiC 1900°C سے زیادہ درجہ حرارت پر ہیکساگونل سلکان کاربائیڈ پولیمورف، یعنی 4H/6H-SiC میں تبدیل ہو جائے گا۔

سنگل کرسٹل بڑھنے کے عمل کے دوران، جب β-SiC پاؤڈر کو کرسٹل اگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو سلکان-کاربن داڑھ کا تناسب 5.5 سے زیادہ ہوتا ہے، جب کہ جب α-SiC پاؤڈر کو کرسٹل اگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو سلکان-کاربن داڑھ کا تناسب 1.2 ہوتا ہے۔ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو، کروسیبل میں ایک مرحلے کی منتقلی ہوتی ہے۔ اس وقت، گیس کے مرحلے میں داڑھ کا تناسب بڑا ہو جاتا ہے، جو کرسٹل کی نشوونما کے لیے موزوں نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، دیگر گیس کے مرحلے کی نجاستیں، بشمول کاربن، سلکان، اور سلکان ڈائی آکسائیڈ، فیز کی منتقلی کے عمل کے دوران آسانی سے پیدا ہوتی ہیں۔ ان نجاستوں کی موجودگی کرسٹل کو مائیکرو ٹیوبز اور voids کی افزائش کا سبب بنتی ہے۔ لہذا، پاؤڈر کرسٹل فارم کو خاص طور پر کنٹرول کیا جانا چاہئے.

 

1.3 کرسٹل کی نمو پر پاؤڈر کی نجاست کا اثر

SiC پاؤڈر میں موجود ناپاک مواد کرسٹل کی نشوونما کے دوران اچانک نیوکلیشن کو متاثر کرتا ہے۔ ناپاکی کا مواد جتنا زیادہ ہوگا، کرسٹل کے بے ساختہ نیوکلیئٹ ہونے کا امکان اتنا ہی کم ہوگا۔ SiC کے لیے، دھات کی اہم نجاستوں میں B، Al، V، اور Ni شامل ہیں، جو سلیکون پاؤڈر اور کاربن پاؤڈر کی پروسیسنگ کے دوران پروسیسنگ ٹولز کے ذریعے متعارف کرائے جا سکتے ہیں۔ ان میں سے، B اور Al SiC میں اہم اتلی توانائی کی سطح کو قبول کرنے والی نجاست ہیں، جس کے نتیجے میں SiC مزاحمتی صلاحیت میں کمی واقع ہوتی ہے۔ دیگر دھاتی نجاستیں بہت ساری توانائی کی سطحوں کو متعارف کرائیں گی، جس کے نتیجے میں اعلی درجہ حرارت پر SiC سنگل کرسٹل کی غیر مستحکم برقی خصوصیات پیدا ہوں گی، اور اعلیٰ پاکیزگی والے نیم موصل واحد کرسٹل سبسٹریٹس کی برقی خصوصیات، خاص طور پر مزاحمتی صلاحیت پر زیادہ اثر پڑے گا۔ لہذا، اعلی طہارت سلکان کاربائڈ پاؤڈر جتنا ممکن ہو سکے ترکیب کیا جانا چاہئے.

 

1.4 پاؤڈر میں نائٹروجن مواد کا کرسٹل کی نمو پر اثر

نائٹروجن مواد کی سطح سنگل کرسٹل سبسٹریٹ کی مزاحمت کا تعین کرتی ہے۔ بڑے مینوفیکچررز کو پاؤڈر کی ترکیب کے دوران کرسٹل کی نشوونما کے عمل کے مطابق مصنوعی مواد میں نائٹروجن ڈوپنگ ارتکاز کو ایڈجسٹ کرنے کی ضرورت ہے۔ اعلی طہارت نیم موصل سیلیکون کاربائیڈ سنگل کرسٹل سبسٹریٹس ملٹری کور الیکٹرانک اجزاء کے لیے سب سے زیادہ امید افزا مواد ہیں۔ اعلی ریزسٹیویٹی اور بہترین برقی خصوصیات کے ساتھ اعلی طہارت کے نیم موصل واحد کرسٹل سبسٹریٹس کو اگانے کے لیے، سبسٹریٹ میں اہم ناپاک نائٹروجن کے مواد کو کم سطح پر کنٹرول کرنا ضروری ہے۔ کنڈکٹیو سنگل کرسٹل سبسٹریٹس کو نسبتاً زیادہ ارتکاز پر نائٹروجن کے مواد کو کنٹرول کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

 

پاؤڈر کی ترکیب کے لیے 2 کلیدی کنٹرول ٹیکنالوجی

سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کے استعمال کے مختلف ماحول کی وجہ سے، نمو پاؤڈر کے لیے ترکیب کی ٹیکنالوجی میں بھی مختلف عمل ہوتے ہیں۔ این قسم کے کنڈکٹیو سنگل کرسٹل گروتھ پاؤڈرز کے لیے، زیادہ ناپاکی کی پاکیزگی اور سنگل فیز کی ضرورت ہوتی ہے۔ جبکہ نیم موصل سنگل کرسٹل گروتھ پاؤڈر کے لیے، نائٹروجن مواد پر سخت کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

 

2.1 پاؤڈر پارٹیکل سائز کنٹرول

2.1.1 ترکیب کا درجہ حرارت

عمل کی دیگر شرائط کو برقرار رکھتے ہوئے، 1900 ℃، 2000 ℃، 2100 ℃، اور 2200 ℃ کے ترکیبی درجہ حرارت پر پیدا ہونے والے SiC پاؤڈرز کا نمونہ اور تجزیہ کیا گیا۔ جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ 1900 ℃ پر ذرہ کا سائز 250~600 μm ہے، اور ذرہ کا سائز 2000 ℃ پر 600~850 μm تک بڑھ جاتا ہے، اور ذرہ کا سائز نمایاں طور پر تبدیل ہوتا ہے۔ جب درجہ حرارت 2100 ℃ تک بڑھتا رہتا ہے، تو SiC پاؤڈر کے ذرہ کا سائز 850~2360 μm ہوتا ہے، اور اضافہ نرم ہوتا ہے۔ 2200 ℃ پر SiC کا پارٹیکل سائز تقریباً 2360 μm پر مستحکم ہے۔ 1900 ℃ سے ترکیب کے درجہ حرارت میں اضافے کا SiC پارٹیکل سائز پر مثبت اثر پڑتا ہے۔ جب ترکیب کا درجہ حرارت 2100 ℃ سے بڑھتا رہتا ہے، تو ذرہ کا سائز نمایاں طور پر تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، جب ترکیب کا درجہ حرارت 2100 ℃ پر سیٹ کیا جاتا ہے، تو کم توانائی کی کھپت پر ایک بڑے ذرہ سائز کی ترکیب کی جا سکتی ہے۔

 

2.1.2 ترکیب کا وقت

دیگر عمل کی شرائط میں کوئی تبدیلی نہیں ہے، اور ترکیب کا وقت بالترتیب 4 h، 8 h، اور 12 h پر مقرر کیا گیا ہے۔ تیار کردہ SiC پاؤڈر کے نمونے لینے کا تجزیہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ پایا گیا ہے کہ ترکیب کے وقت کا SiC کے ذرہ سائز پر ایک اہم اثر پڑتا ہے۔ جب ترکیب کا وقت 4 گھنٹے ہوتا ہے، تو ذرہ کا سائز بنیادی طور پر 200 μm پر تقسیم کیا جاتا ہے۔ جب ترکیب کا وقت 8 گھنٹے ہوتا ہے، مصنوعی ذرہ کا سائز نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے، بنیادی طور پر تقریباً 1 000 μm پر تقسیم کیا جاتا ہے۔ جیسا کہ ترکیب کا وقت بڑھتا رہتا ہے، ذرہ کا سائز مزید بڑھتا ہے، بنیادی طور پر تقریباً 2 000 μm پر تقسیم ہوتا ہے۔

 

2.1.3 خام مال کے ذرہ سائز کا اثر

جیسا کہ گھریلو سلکان مواد کی پیداوار کا سلسلہ آہستہ آہستہ بہتر ہوتا ہے، سلکان مواد کی پاکیزگی کو بھی بہتر بنایا جاتا ہے. فی الحال، ترکیب میں استعمال ہونے والے سلکان مواد کو بنیادی طور پر دانے دار سلکان اور پاؤڈرڈ سلکان میں تقسیم کیا گیا ہے، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

سلکان کاربائیڈ کی ترکیب کے تجربات کرنے کے لیے مختلف سلکان خام مال استعمال کیے گئے۔ مصنوعی مصنوعات کا موازنہ تصویر 4 میں دکھایا گیا ہے۔ تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ بلاک سیلیکون خام مال کا استعمال کرتے وقت، مصنوعات میں سی عناصر کی ایک بڑی مقدار موجود ہوتی ہے۔ سلیکون بلاک کو دوسری بار کچلنے کے بعد، مصنوعی مصنوعات میں Si عنصر نمایاں طور پر کم ہو جاتا ہے، لیکن یہ اب بھی موجود ہے۔ آخر میں، سلکان پاؤڈر ترکیب کے لئے استعمال کیا جاتا ہے، اور صرف SiC مصنوعات میں موجود ہے. اس کی وجہ یہ ہے کہ پیداواری عمل میں، بڑے سائز کے دانے دار سلکان کو پہلے سطح کی ترکیب کے رد عمل سے گزرنا پڑتا ہے، اور سلکان کاربائیڈ کو سطح پر ترکیب کیا جاتا ہے، جو اندرونی سی پاؤڈر کو مزید C پاؤڈر کے ساتھ ملنے سے روکتا ہے۔ لہذا، اگر بلاک سلکان کو خام مال کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، تو اسے کچلنے کی ضرورت ہے اور پھر کرسٹل کی نشوونما کے لیے سلکان کاربائیڈ پاؤڈر حاصل کرنے کے لیے ثانوی ترکیب کے عمل سے مشروط کیا جانا چاہیے۔

 

2.2 پاؤڈر کرسٹل فارم کنٹرول

 

2.2.1 ترکیب درجہ حرارت کا اثر

عمل کے دیگر حالات کو برقرار رکھتے ہوئے، ترکیب کا درجہ حرارت 1500℃، 1700℃، 1900℃، اور 2100℃ ہے، اور تیار کردہ SiC پاؤڈر کا نمونہ اور تجزیہ کیا جاتا ہے۔ جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے، β-SiC زمینی پیلا ہے، اور α-SiC رنگ میں ہلکا ہے۔ ترکیب شدہ پاؤڈر کے رنگ اور مورفولوجی کا مشاہدہ کرکے، یہ تعین کیا جا سکتا ہے کہ ترکیب شدہ مصنوعات 1500℃ اور 1700℃ کے درجہ حرارت پر β-SiC ہے۔ 1900℃ پر، رنگ ہلکا ہو جاتا ہے، اور ہیکساگونل ذرات نمودار ہوتے ہیں، جو اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ درجہ حرارت 1900℃ تک بڑھنے کے بعد، ایک مرحلے کی منتقلی ہوتی ہے، اور β-SiC کا کچھ حصہ α-SiC میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ جب درجہ حرارت 2100 ℃ تک بڑھتا رہتا ہے، تو یہ پایا جاتا ہے کہ ترکیب شدہ ذرات شفاف ہیں، اور α-SiC بنیادی طور پر تبدیل ہو چکا ہے۔

 

2.2.2 ترکیب وقت کا اثر

دیگر عمل کی شرائط میں کوئی تبدیلی نہیں ہے، اور ترکیب کا وقت بالترتیب 4h، 8h، اور 12h مقرر کیا گیا ہے۔ تیار کردہ SiC پاؤڈر کا نمونہ لیا جاتا ہے اور diffractometer (XRD) کے ذریعے تجزیہ کیا جاتا ہے۔ نتائج شکل 6 میں دکھائے گئے ہیں۔ ترکیب کا وقت SiC پاؤڈر کے ذریعہ تیار کردہ مصنوعات پر ایک خاص اثر ڈالتا ہے۔ جب ترکیب کا وقت 4 گھنٹے اور 8 گھنٹے ہوتا ہے، تو مصنوعی مصنوعات بنیادی طور پر 6H-SiC ہوتی ہے۔ جب ترکیب کا وقت 12 گھنٹے ہوتا ہے تو پروڈکٹ میں 15R-SiC ظاہر ہوتا ہے۔

 

2.2.3 خام مال کے تناسب کا اثر

دیگر عمل میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی، سلکان کاربن مادوں کی مقدار کا تجزیہ کیا جاتا ہے، اور ترکیب کے تجربات کے لیے تناسب بالترتیب 1.00، 1.05، 1.10 اور 1.15 ہیں۔ نتائج شکل 7 میں دکھائے گئے ہیں۔

XRD سپیکٹرم سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب سلکان-کاربن کا تناسب 1.05 سے زیادہ ہوتا ہے، تو مصنوعات میں اضافی Si ظاہر ہوتا ہے، اور جب سلکان-کاربن کا تناسب 1.05 سے کم ہوتا ہے، اضافی C ظاہر ہوتا ہے۔ جب سلکان کاربن کا تناسب 1.05 ہے، مصنوعی مصنوعات میں مفت کاربن بنیادی طور پر ختم ہوجاتا ہے، اور کوئی مفت سلکان ظاہر نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، اعلی طہارت والے SiC کی ترکیب کے لیے سلکان کاربن کے تناسب کا تناسب 1.05 ہونا چاہیے۔

 

2.3 پاؤڈر میں کم نائٹروجن مواد کا کنٹرول

2.3.1 مصنوعی خام مال

اس تجربے میں استعمال ہونے والا خام مال ہائی پیوریٹی کاربن پاؤڈر اور ہائی پیوریٹی سلکان پاؤڈر ہیں جن کا درمیانی قطر 20 μm ہے۔ ان کے چھوٹے ذرہ سائز اور بڑے مخصوص سطح کے رقبے کی وجہ سے، وہ ہوا میں N2 جذب کرنے میں آسان ہیں۔ پاؤڈر کی ترکیب کرتے وقت، اسے پاؤڈر کی کرسٹل شکل میں لایا جائے گا۔ این قسم کے کرسٹل کی نشوونما کے لیے، پاؤڈر میں N2 کی ناہموار ڈوپنگ کرسٹل کی ناہموار مزاحمت اور یہاں تک کہ کرسٹل کی شکل میں تبدیلی کا باعث بنتی ہے۔ ہائیڈروجن متعارف کرانے کے بعد ترکیب شدہ پاؤڈر میں نائٹروجن کا مواد نمایاں طور پر کم ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ہائیڈروجن مالیکیولز کا حجم چھوٹا ہے۔ جب کاربن پاؤڈر اور سلکان پاؤڈر میں جذب ہونے والے N2 کو گرم کیا جاتا ہے اور سطح سے گل جاتا ہے، تو H2 اپنے چھوٹے حجم کے ساتھ پاؤڈروں کے درمیان خلا میں پوری طرح پھیل جاتا ہے، N2 کی پوزیشن کو بدل دیتا ہے، اور N2 ویکیوم کے عمل کے دوران کروسیبل سے بچ جاتا ہے، نائٹروجن مواد کو ہٹانے کا مقصد حاصل کرنا۔

 

2.3.2 ترکیب کا عمل

سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی ترکیب کے دوران، چونکہ کاربن ایٹم اور نائٹروجن ایٹموں کا رداس ایک جیسا ہے، نائٹروجن سلکان کاربائیڈ میں کاربن کی خالی جگہوں کو بدل دے گا، اس طرح نائٹروجن کے مواد میں اضافہ ہوگا۔ یہ تجرباتی عمل H2 کو متعارف کرانے کا طریقہ اپناتا ہے، اور H2 C2H2، C2H، اور SiH گیسوں کو پیدا کرنے کے لیے ترکیب میں موجود کاربن اور سلکان عناصر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ گیس فیز ٹرانسمیشن کے ذریعے کاربن عنصر کا مواد بڑھتا ہے، اس طرح کاربن کی خالی جگہیں کم ہوتی ہیں۔ نائٹروجن نکالنے کا مقصد حاصل ہو جاتا ہے۔

 

2.3.3 پراسیس بیک گراؤنڈ نائٹروجن مواد کنٹرول

بڑے پوروسیٹی والے گریفائٹ کروسیبلز کو گیس فیز کے اجزاء میں Si بخارات کو جذب کرنے، گیس فیز کے اجزاء میں Si کو کم کرنے، اور اس طرح C/Si کو بڑھانے کے لیے اضافی C ذرائع کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، گریفائٹ کروسیبلز بھی Si2C، SiC2 اور SiC پیدا کرنے کے لیے Si ماحول کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں، جو Si ماحول کے برابر ہے جو کہ گریفائٹ کروسیبل سے C ماخذ کو ترقی کے ماحول میں لاتا ہے، C تناسب میں اضافہ، اور کاربن-سلیکان تناسب میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ . لہٰذا، کاربن-سلیکون تناسب کو گریفائٹ کروسیبلز کا استعمال کرتے ہوئے بڑی پوروسیٹی کے ساتھ، کاربن کی خالی جگہوں کو کم کرکے، اور نائٹروجن کو ہٹانے کے مقصد کو حاصل کرکے بڑھایا جاسکتا ہے۔

 

3 واحد کرسٹل پاؤڈر ترکیب کے عمل کا تجزیہ اور ڈیزائن

 

3.1 ترکیب کے عمل کا اصول اور ڈیزائن

پاؤڈر کی ترکیب کے ذرہ کے سائز، کرسٹل کی شکل اور نائٹروجن مواد کے کنٹرول پر مذکورہ بالا جامع مطالعہ کے ذریعے، ایک ترکیب کا عمل تجویز کیا گیا ہے۔ ہائی پیوریٹی C پاؤڈر اور سی پاؤڈر کا انتخاب کیا جاتا ہے، اور انہیں 1.05 کے سلکان کاربن تناسب کے مطابق یکساں طور پر ملا کر گریفائٹ کروسیبل میں لوڈ کیا جاتا ہے۔ عمل کے مراحل کو بنیادی طور پر چار مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے:
1) کم درجہ حرارت کا ڈینیٹریفیکیشن عمل، 5×10-4 Pa پر ویکیوم کرنا، پھر ہائیڈروجن متعارف کرانا، چیمبر کا دباؤ تقریباً 80 kPa بنانا، 15 منٹ تک برقرار رکھنا، اور چار بار دہرانا۔ یہ عمل کاربن پاؤڈر اور سلکان پاؤڈر کی سطح پر موجود نائٹروجن عناصر کو ہٹا سکتا ہے۔
2) ہائی ٹمپریچر ڈینیٹریفیکیشن کا عمل، 5×10-4 Pa پر ویکیوم کرنا، پھر 950 ℃ پر گرم کرنا، اور پھر ہائیڈروجن متعارف کرانا، چیمبر پریشر کو تقریباً 80 kPa بنانا، 15 منٹ تک برقرار رکھنا، اور چار بار دہرانا۔ یہ عمل کاربن پاؤڈر اور سلکان پاؤڈر کی سطح پر نائٹروجن عناصر کو ہٹا سکتا ہے، اور گرمی کے میدان میں نائٹروجن چلا سکتا ہے۔
3) کم درجہ حرارت کے مرحلے کے عمل کی ترکیب، 5×10-4 Pa پر خالی کریں، پھر 1350℃ پر گرم کریں، 12 گھنٹے رکھیں، پھر ہائیڈروجن متعارف کرائیں تاکہ چیمبر کا دباؤ تقریباً 80 kPa ہو، 1 گھنٹہ رکھیں۔ یہ عمل ترکیب کے عمل کے دوران اتار چڑھاؤ والے نائٹروجن کو ہٹا سکتا ہے۔
4) اعلی درجہ حرارت کے مرحلے کے عمل کی ترکیب، ہائی پیوریٹی ہائیڈروجن اور آرگن مکسڈ گیس کے ایک مخصوص حجم کے بہاؤ کے تناسب سے بھریں، چیمبر کا دباؤ تقریباً 80 kPa بنائیں، درجہ حرارت کو 2100℃ تک بڑھائیں، 10 گھنٹے رکھیں۔ یہ عمل سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی β-SiC سے α-SiC میں تبدیلی کو مکمل کرتا ہے اور کرسٹل ذرات کی نشوونما کو مکمل کرتا ہے۔
آخر میں، چیمبر کا درجہ حرارت کمرے کے درجہ حرارت پر ٹھنڈا ہونے کا انتظار کریں، ماحول کے دباؤ کو بھریں، اور پاؤڈر نکال لیں۔

 

3.2 پاؤڈر پوسٹ پروسیسنگ کا عمل

مندرجہ بالا عمل کے ذریعے پاؤڈر کی ترکیب کے بعد، مفت کاربن، سلکان اور دیگر دھاتی نجاستوں کو دور کرنے اور ذرہ کے سائز کو اسکرین کرنے کے لیے اسے پوسٹ پروسیس کیا جانا چاہیے۔ سب سے پہلے، ترکیب شدہ پاؤڈر کو کرشنگ کے لیے بال مل میں رکھا جاتا ہے، اور پسے ہوئے سلیکون کاربائیڈ پاؤڈر کو ایک مفل فرنس میں رکھا جاتا ہے اور اسے آکسیجن کے ذریعے 450°C پر گرم کیا جاتا ہے۔ پاؤڈر میں موجود مفت کاربن کو حرارت کے ذریعے آکسائڈائز کیا جاتا ہے تاکہ کاربن ڈائی آکسائیڈ گیس پیدا ہو جو چیمبر سے نکل جاتی ہے، اس طرح مفت کاربن کے اخراج کو حاصل کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد، ترکیب کے عمل کے دوران پیدا ہونے والی کاربن، سلکان اور باقی دھاتی نجاستوں کو دور کرنے کے لیے صفائی کے لیے ایک تیزابی صفائی کا مائع تیار کیا جاتا ہے اور اسے سلکان کاربائیڈ پارٹیکل کلیننگ مشین میں رکھا جاتا ہے۔ اس کے بعد، بقایا تیزاب کو خالص پانی میں دھو کر خشک کیا جاتا ہے۔ خشک پاؤڈر کو کرسٹل کی نشوونما کے لیے پارٹیکل سائز کے انتخاب کے لیے ہلتی ہوئی اسکرین میں اسکرین کیا جاتا ہے۔