炭化シリコンの生産プロセスの重要なステップは何ですか？

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● 炭化シリコンの生産方法の概要

● アチソンプロセス：ステップバイステップの内訳

>> 1。原料の準備

>> 2。炉の荷重と構成

>> 3。高温反応

>> 4。冷却と抽出

>> 5。粉砕とグレーディング

>> 6。精製と品質管理

● 高度な製造技術

>> 物理的蒸気輸送（PVT）

>> 化学蒸着（CVD）

● 後処理と形状

>> 技術の形成

>> 焼結の進歩

● 産業用アプリケーション

>> セクター固有の要件

● 環境および経済的考慮事項

>> エネルギー最適化

>> リサイクルイニシアチブ

● SIC製造の将来の傾向

● 結論

● FAQ

>> 1.アケソンプロセスがおがくずを使用するのはなぜですか？

>> 2。アケソンプロセスSICの典型的な純度は何ですか？

>> 3.完全な生産サイクルにはどのくらい時間がかかりますか？

>> 4。sicはリサイクルできますか？

>> 5.なぜ電子機器にCVDが好まれるのですか？

● 引用：

炭化シリコン （SIC）は、その極端な硬度、熱安定性、および耐薬品性に​​より、航空宇宙から半導体に至るまで、産業全体で不可欠になっています。この記事では、アケソンプロセスに焦点を当てた工業生産方法を探り、物理的蒸気輸送（PVT）や化学蒸気堆積（CVD）などの高度な技術もカバーしています。

炭化シリコンの生産方法の概要

2つの主要な方法がSIC製造を支配しています：

1。ACHESONプロセス：研磨剤グレードSICを生産するための従来の大規模な方法。

2。物理蒸気輸送（PVT）：電子機器の高純度の単結晶に使用されます。

3。化学蒸気堆積（CVD）：薄膜半導体用途向けに特化した。

この記事では、産業用SIC生産の90％以上を占めるアチソンプロセスに焦点を当てています。

アチソンプロセス：ステップバイステップの内訳

1。原料の準備

炭化シリコンの生産プロセスは、細心の原料の選択から始まります。

- シリカ砂：クォーツ堆積物から供給され、99.5％以上のsiO₂純度が必要です。

- 炭素源：石油コークス（低い灰含有量よりも推奨）または無煙炭炭。

- 添加物：

- おがくず（5〜10％の重量）ガスエスケープチャネルを作成します。

- 塩化ナトリウム（2〜3％）は、反応温度を2,600°Cから2,400°Cに低下させます。

最新の施設では、原材料のリアルタイム組成分析のために、レーザー誘発性故障分光法（LIB）を使用しています。

2。炉の荷重と構成

シリコン炭化物の生産の中心は、電気抵抗炉にあります：

- 設計：厚さ500〜1,000mmの耐衝撃性ライニングを備えた長方形のスチールシェル。

- 電極：グラファイトロッド（直径300〜500mm）は、100〜200V DCの電力を供給します。

- コアアセンブリ：10％バインダーと混合したカーボンブラックは、導電性コアを形成します。

典型的な生産バッチが使用します：

コンポーネント	量の	目的
sio₂/c混合	50〜100トン	反応質量
塩添加物	1〜2トン	フラックス剤
おがくず	3〜5トン	気孔制御

3。高温反応

炭水化物の減少は、3つのフェーズで発生します。

1。予熱（0〜1,800°C）：揮発性物質を走行するために12〜18時間。

2。反応相（2,100〜2,500°C）：

SIO ₂+3C→SIC +2CO↑

COガス排出量は、バッチあたり2.5トンでピークに達します。

3。結晶成長（2,500〜2,700°C）：α-SIC六角形血小板形態。

高度な熱イメージングシステムは、±25°C以内の温度勾配を監視します。

4。冷却と抽出

反応後の取り扱いには精度が必要です。

- 制御された冷却：窒素パージは、冷却を5〜7日に促進します。

- ゾーン抽出：ブールには異なる領域が含まれています。

- インナーコア：高純度のグリーンSIC（MOHS 9.5）。

- 中間層：1〜3％の遊離炭素を備えたブラックSIC。

- 外側の地殻：未反応の材料（総質量の15〜25％）。

5。粉砕とグレーディング

現代の炭化シリコンの生産ラインが採用しています。

-HPGRクラッシャー：高圧研削ロールは、エネルギー使用量を30％vsジョークラッシャーに削減します。

- 空気分類：次の粒子サイズ分布を達成します：

- 粗いグリッツ：12–240メッシュ（1,680〜53μm）。

- ミクロン粉末：D97≤10μm。

6。精製と品質管理

後処理により、材料の一貫性が保証されます。

- 酸浸出：

- フッ化水素酸（5〜15％）はSiO₂を除去します。

- 硫酸（20％）は金属不純物を排除します。

- レーザー回折：粒子サイズ分布を検証します。

-XRD分析：α-SIC産物のβ-SIC含有量<0.5％を確認します。

高度な製造技術

物理的蒸気輸送（PVT）

半導体グレードのSICには、特別な成長が必要です。

1。種子調製：4H-SICウェーファーはRa <0.2Nmに磨かれています。

2。成長パラメーター：

- 温度勾配：15〜25°C/cm。

- 圧力：5〜50 mbar。

3。欠陥緩和：

- 基底面転位密度：<100cm²。

- マイクロパイプの欠陥：最新の150mmウェーハで排除されました。

化学蒸着（CVD）

パワーエレクトロニクスアプリケーションの場合：

前駆ガス：

- シリコン出典：sih₄（H₂で5〜10％）。

- 炭素出典：C₃H₈またはCh₃Sicl₃。

成長率：

- バルクの成長：0.3〜1.0 mm/hr。

- エピタキシャル層：10〜50μm/hr。

後処理と形状

フォーミングテクノロジー

法	圧力	密度は、	アプリケーションを達成しました
ドライプレス	50〜200 MPa	60〜75％TD	耐火レンガ
寒冷等	200〜400 MPa	75〜85％TD	アーマータイル
射出成形	70〜150 MPa	55〜65％TD	複雑なジオメトリ

焼結の進歩

炭化シリコン生産の革新には以下が含まれます。

固体焼結：

- 添加剤：B₄C + C（0.5〜2.0％）。

- 温度：2,100〜2,200°C。

液相焼結：

-AL₂O₃-Y₂O₃フラックス1,850〜1,950°Cで濃度を有効にします。

産業用アプリケーション

セクター固有の要件

ケーススタディ：Teslaのモデル3インバーターは24のSIC MOSFETを使用して、SI IGBTと比較して電力損失を75％削減します。

環境および経済的考慮事項

エネルギー最適化

現代の炭化物の生産施設の実装：

- 廃熱回収：蒸気電力に変換された炉熱の40〜50％。

-DCアーク炉：エネルギー消費量を6〜8 kWh/kgに減らします。

リサイクルイニシアチブ

閉ループシステムの回復：

- ハイドロシクロン分離による研磨剤の92〜95％。

-70％メタノール合成のための70％炉オフガスCo。

SIC製造の将来の傾向

1。クリスタルの成長：2026年までの200mmウェーハ生産。

2。添加剤の製造：99.3％密度のSIC成分のバインダー噴射。

3。AI統合：機械学習は、94％の精度で最適な炉パラメーターを予測します。

結論

シリコン炭化物の生産プロセスは、1世紀の原則と最先端の革新を組み合わせています。 Achesonプロセスはバルク生産には支配的なままですが、PVTとCVDはパワーエレクトロニクスの高度なアプリケーションを有効にします。炉の設計、リサイクル、デジタル化の将来の進歩は、極端な環境の重要な材料としてのSICの役割をさらに強化し、2028年までに世界のSIC市場は106億ドルに達すると予測されています。

FAQ

1.アケソンプロセスがおがくずを使用するのはなぜですか？

暖房中のおがくずの燃焼、圧力の蓄積を防ぎ、反応の均一性を改善するガスエスケープチャネルを作成します。

2。アケソンプロセスSICの典型的な純度は何ですか？

商業グレードは純度98〜99.5％に達し、酸洗浄されたバリアントは99.9％を超えています。

3.完全な生産サイクルにはどのくらい時間がかかりますか？

原材料から最終粉末まで：15〜20日（7〜10日間の冷却を含む）。

4。sicはリサイクルできますか？

はい - 粉砕ホイール廃棄物の最大40％は、粉砕と磁気分離によって回収されます。

5.なぜ電子機器にCVDが好まれるのですか？

CVDは欠陥密度<1cm⊃2を達成します。対10⊃3; –10⁴CM⊃2; PVT結晶で。

引用：

[1] https://www.linkedin.com/pulse/silicon-carbide-sic-odustrial-production-methods-francois-xavier-xqf7e

[2] https://www.ipsceramics.com/how-is-silicon-carbide-made/

[3] https://materials.iisc.ac.in/~govindg/silicon_carbide_manufacture.htm

[4] https://www.linkedin.com/pulse/comprehide-guide-silicon-carbide-from

[5] https://www.linkedin.com/pulse/pulduction-process-silicon-carbide-wrstc

[6] https://www.domill.com/what-is-silicon-carbide-powder-making-process-flow.html

[7] https://www.xinliabrasive.com/production-process-of-black-silicon-carbide.html

[8] https://www.semi-cera.com/news/silicon-carbide-wafer-production-process/

[9] https://kindle-tech.com/faqs/how-do-you-crocess-silicon-carbide

[10] https://www.washingtonmills.com/silicon-carbide/sic-production-process

[11] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=3271

[12] https://patents.google.com/patent/us20140315373a1/en

[13] https://www.linkedin.com/pulse/manufacturing-production-production-flow-silicon-carbide-saggars-l57ic

[14] https://www.crystec.com/crysice.htm

[15] https://en.wikipedia.org/wiki/acheson_process

[16] https://www.ntnu.no/blogger/teknat/en/2020/15/role-of-silicon-carbide-in-silicon-ferro-silicon-si-fesi-process/

[17] https://newsroom.st.com/media-center/press-item.html/c3262.html

[18] https://www.matek.com/en-global/tech_article/detail/all/all/202205-iar

[19] https://www.wolfspeed.com/company/news-events/news/wolfspeed-opens-the-worlds-latgest-200mm-silicon-carbide-fab-enabling-highly-natchipated-device-production/

[20] https://wiredspace.wits.ac.za/bitstreams/09da15cb-8cc1-4573-b55e-b4ed15050145/download

[21] https://www.sglcarbon.com/en/newsroom/stories/why-silicon-carbide-semiconductors-have-a-bright-future/