Мазмұн мәзірі
● Кремний карбидіне кіріспе
● Карбидті өндіріс техникасына шолу
● Acheson процесі
>> Принцип және тарихи контекст
>> Процесс қадамдары
>> Артықшылықтары мен шектеулері
>> Типтік өнімдер
● Өмірлік процесс (физикалық бу көлігі)
>> Қағида
>> Процесс қадамдары
>> Артықшылықтары мен шектеулері
>> Типтік өнімдер
● Химиялық будың тұнбасы (CVD)
>> Қағида
>> Процесс қадамдары
>> Артықшылықтары мен шектеулері
>> Типтік өнімдер
● Реакцияланған кремний карбид (RB-SIC)
>> Қағида
>> Процесс қадамдары
>> Артықшылықтары мен шектеулері
>> Типтік өнімдер
● Басқа дамып келе жатқан және мамандандырылған әдістер
>> Сұйық төсектердегі немесе айналмалы реакторлардағы карботермалды азайту
>> Кремний мен көміртектің тікелей реакциясы
>> Қайта өңделген кремний қалдықтарын пайдалану
● Кремний карбидін өңдеуден кейінгі және пішіндеу
● Кремний карбидінің өтінімдері
● Кремний карбидінің өндірістік әдістері туралы қосымша түсініктер
>> Экологиялық мәселелер
>> Сапаны бақылау және тестілеу
>> Наноқұрылымды кремний карбидіндегі жетістіктер
>> Нарықтық тенденциялар және болашақ болжам
● Қорытынды
● ЖҚС: Кремний карбидін өндіру әдістері
>> 1. Кремний карбидін өндірудің ең көп қолданылатын әдісі қандай?
>> 2. Электроника үшін жоғары тазалық кремний карбидінің кристалдары қалай өсіріледі?
>> 3. Силикон Карбид өндірісіндегі химиялық будың тұндыруының (CVD) рөлі қандай?
>> 4. Кремний карбиді кешенді пішіндерде жасай ала ма?
>> 5. Кремтим-карбид өндірісінің тұрақты әдістері бар ма?
Кремний карбиді (SIC) - ерекше қаттылық, жылу өткізгіштік, химиялық тұрақтылық және электронды қасиеттері бар керемет материал. Бұл сипаттамалар оны металлургия, жартылай өткізгіштер, абразивтер, әскери, мұнай бұрғылау және құрылыс сияқты салалар бойынша ажыратады. Жоғары сапалы материалдарға деген сұраныс артып, ең көп таралғанын түсіну Кремний карбид өндірісі әдістері өндірушілер, инженерлер және соңғы пайдаланушылар үшін өте маңызды болып табылады.
Бұл кешенді нұсқаулық кремний карбидін, олардың негізгі қағидаттарын, артықшылықтарын және типтік қосымшаларын жасау үшін қолданылатын негізгі әдістерді зерттейді. Біз сонымен қатар шикізатты дайын СИК өнімдеріне айналдыруға, қоршаған ортаға, сапаны бақылауға, сапаны бақылауға және даму үрдістеріне және жиі қойылатын сұрақтарға жауап береміз.
Кремний карбидіне кіріспе
Кремний карбиді - бұл кремний мен көміртекті, химиялық формуласымен, SIC. Оның ерекше қаттылығы, жоғары балқу, химиялық инерстер және жоғары жылу және электр өткізгіштігі бар ерекше үйлесімі - бұл оларды талап ету үшін таңдау материалы. SIC бірнеше кристалды формаларда (Политті), ең көп кездесетін алтыбұрышты (α-sic) және кубика (β-SIC).
Карбидті өндіріс техникасына шолу
Кремний карбидінің өндірісі әдетте кремний мен көміртегі көздерінің жоғары температуралы реакциясын қамтиды. Уақыт өте келе бірнеше әдістер әзірленді, әрқайсысы белгілі бір өнім түрлері, тазалық және қолданбалар үшін оңтайландырылған. Ең көп таралған кремний карбидінің өндіріс әдістері:
- Acheson процесі
- нағыз процесс (физикалық бу көлігі)
- химиялық будың тұнбасы (CVD)
- реакциялық байланыстырылған кремний карбид (RB-SIC)
- басқа мамандандырылған және дамып келе жатқан әдістер
Acheson процесі
Принцип және тарихи контекст
1891 жылы Эдвард Маших Ашесон жасаған Acheson процесі кремний карбидінің негізгі өндірістік әдісі болып қала береді. Бұл кремний құмының (SiO₂) көміртегі көзімен (әдетте мұнай кокс немесе антрацит көмір) электр тұрақтылығы пешімен, әдетте, 2000 ° C және 2500 ° C-қа дейін.
Процесс қадамдары
1. Шикізатты дайындау
- Жоғары тазалық кремний құм және көміртегі көзі мұқият таңдалған және араласады. Өнім қасиеттерін жақсарту үшін қоспалар қосылуы мүмкін.
2. Пештің жүктелуі
- Қоспа үлкен графикалық кедергілерге салынған. Графит шыбықтары қыздыру элементтері мен орталық өзек түрінде қызмет етеді.
3. Карботермалды қысқарту
- Электр тогы интенсивті жылу тудыратын графит шыбықтарынан өтеді. Негізгі химиялық реакция:
SiO 2+ 3C → SIC + 2CO
- Реакция аймағы 2500-3000 ° C-қа жетеді, графиттік ядродағы SIC кристалдарының пайда болуына әкеледі.
4. Салқындату және өндіру
- 24-48 сағаттық реакция кезеңінен кейін пеш салқындатылған. SIC өнімі өзегінің айналасындағы цилиндрлік массаны қалыптастырады, бұрыс материалмен қоршалған.
5. Ұстау және сұрыптау
- SIC массасы алынып, ұсақталған және мөлшері мен тазалығымен сұрыпталған. Қосымша тазарту (мысалы, қышқыл жуу) қоспаларды кетіру үшін орындалуы мүмкін.
Артықшылықтары мен шектеулері
Артықшылықтары:
- көп мөлшерде SIC-ті шығаруға қабілетті
- көлемді өндіріс үшін салыстырмалы түрде қарапайым және үнемді
Шектеулер:
- энергияны қажет ететін процесс
- Өнімнің тазалығы және кристалды мөлшері жылу көзінен қашықтыққа байланысты өзгеруі мүмкін
- кристалды құрылым мен ақауларды шектеулі бақылау
Типтік өнімдер
- абразивтер
- Отқа төзімді материалдар
- металлургиялық қоспалар
Өмірлік процесс (физикалық бу көлігі)
Қағида
Сондай-ақ, физикалық бумен тасымалдау (PVT) деп те аталатын, жоғары тазалық, бір кристалды кристалды кремний карбид булярларын шығаруға арналған. Бұл әдіс жүйе атмосферада (әдетте аргон) жоғары температурада (әдетте аргон) сублимацияны қамтиды, содан кейін салқындатқыштың кристалында конденсация бар.
Процесс қадамдары
1. Сублимация
- Жоғары тазалық SIC ұнтағы графитті графитте орналастырылған және ол сублиматпен қыздырылғанға дейін қызады (тікелей қатты денеге айналады).
2. Кристалл өсуі
- SIC буы қоныс аударады және кен орындарын және салқын тұқымдық кристаллға, үлкен кристалды (буль) өседі.
3. Өте өңдеу
- Бумель өндіріліп, вафлиге немесе басқа да қалаған пішіндерге өңделеді.
4. Жылтырату
- Вафтерлер электронды қосымшалар үшін қажетті беткейге және тегістікке қол жеткізу үшін жылтыратылған.
Артықшылықтары мен шектеулері
Артықшылықтары:
- үлкен, жоғары тазартылған жалғыз кристалдар шығарады
- жартылай өткізгіштік деңгейіндегі зұлымдықтар үшін қажет
Шектеулер:
- баяу және энергияны қажет етеді
- температураны нақты бақылау және жоғары сапалы бастапқы материалдарды қажет етеді
Типтік өнімдер
- электрлік электроникаға арналған субстраттар
- жоғары жиілікті және жоғары вольтты жартылай өткізгіш құрылғылар
Химиялық будың тұнбасы (CVD)
Қағида
CVD - бұл жұқа қабықшалар немесе кремний карбидінің жабыны, сонымен қатар жоғары сапалы жалғыз кристалдарды өсіру үшін әмбебап техника. Процесс газ тәрізді прекурсорлардың (мысалы, сильан, метан, сутегі сияқты) температурада химиялық реакцияларды қамтиды, нәтижесінде SIC субстратқа тиіп кетеді.
Процесс қадамдары
1. Газды енгізу
- Газ тәрізді кремний және көміртегі көздері қыздырылған субстрат бар реакция камерасына енгізілген.
2. Химиялық реакция
- 1000 ° C және 1600 ° C аралығында температурада газдар реакциясы және SIC субстратқа орналастырылады.
3. Қабатты өсім
- Процесс қалаған қалыңдығы немесе кристалды құрылымға жеткенше жалғасады.
Артықшылықтары мен шектеулері
Артықшылықтары:
- жоғары тазалық, ақаусыз SIC қабаттарын шығарады
- қалыңдығы мен құрамын нақты бақылауға мүмкіндік береді
Шектеулер:
- өсу әдістерімен салыстырғанда өсу қарқыны
- қымбат, негізінен, негізінен жоғары құнды қосымшалар үшін қолайлы
Типтік өнімдер
- электрондық құрылғыларға арналған эпитаксиальды қабаттар
- қорғаныс жабындары
- MEMS компоненттері
Реакцияланған кремний карбид (RB-SIC)
Қағида
RB-SIC кремний карбиді мен балқытылған кремниймен көміртекті инфильтрациялау арқылы шығарылады. Кремний көміртекпен қосымша SIC қалыптастыру үшін реакция жасайды, нәтижесінде тығыз, күрделі пішінді материал болады.
Процесс қадамдары
1. Дайындыққа дайындық
- Жасыл дене SIC ұнтағы мен көміртектен пайда болады, қалағаныңызша.
2. Инфильтрация
- Алдын-ала өзгертегіш жылытылып, молттен кремниймен инфильзияланады, ол көміртекпен көбірек мөлшерде пайда болады.
3. Қорытынды өнім
- Алынған материал тығыз, күшті және күрделі геометрияда өндірілуі мүмкін.
Артықшылықтары мен шектеулері
1.Сұрағы:
- күрделі пішіндерді өндіруге мүмкіндік береді
- жоғары механикалық беріктік
2. Шектеулер:
- қалдық тегін кремний қасиеттерге әсер етуі мүмкін
- барлық электрондық қосымшаларға жарамсыз
Типтік өнімдер
- Механикалық тығыздағыштар
- Сорғы компоненттері
- сауыт броны
Басқа дамып келе жатқан және мамандандырылған әдістер
Сұйық төсектердегі немесе айналмалы реакторлардағы карботермалды азайту
Сұйық кереуеттер немесе айналмалы түтік реакторлары сияқты инновациялық реактор дизайндары, жақсырақ араластыруға және жылу беруге мүмкіндік береді, төмен температурада және бөлшектердің мөлшерін бақылауға мүмкіндік береді.
Кремний мен көміртектің тікелей реакциясы
Кейбір процестер белгілі бір қасиеттері бар SIC шығаратын қарапайым кремний мен көміртекті тікелей реакцияға жатады.
Қайта өңделген кремний қалдықтарын пайдалану
Соңғы жетістіктерге белгілі бір қосымшалар үшін тұрақты және үнемді балама ұсынатын кремний қалдықтарынан SIC синтезделуі кіреді.
Кремний карбидін өңдеуден кейінгі және пішіндеу
Синтезден кейін кремний карбиді қажетті формалар мен қасиеттерге қол жеткізу үшін бірнеше рет өңдеудің бірнеше қадамдарын жүргізеді:
- Ұнтақтау және ұнтақтау: суды ұнтақтарға немесе бөлшектердің өлшемдеріне бөлу.
- Тазарту: химиялық немесе термиялық емдеу арқылы қоспаларды алу.
- қалыптастыру: өнімдерге ұнтақтау, экструзия немесе құю арқылы пішіндеу.
- Қарап шығу: құрастырылған өнімдерді бөлшектерден құрастырыңыз және материалдан тұрады.
- Өте өңдеу және әрлеу: нақты өлшемдер мен беттің әрлеуіне ұнтақтау, кесу және жылтырату.
Кремний карбидінің өтінімдері
Кремний карбидінің бірегей қасиеттері оны қолдануға мүмкіндік береді:
- абразивтер: тегістеуіштер, сметашалар, кескіш құралдар
- Отратомдар: Пештер, пешке арналған жиһаз, кресло
- жартылай өткізгіштер: электроника, диодтар, мозфит, шотлы диодтар
- Механикалық компоненттер: тығыздағыштар, мойынтіректер, сорғы бөлшектері
- құрыш: Әскери-құқықтық қорғауды қорғау
- Энергетика: Күн инверторлары, жел қуаты, электрлік құрметтері
Кремний карбидінің өндірістік әдістері туралы қосымша түсініктер
Экологиялық мәселелер
Силикон карбидін өндіру, әсіресе Acheson процесі сияқты дәстүрлі әдістер арқылы жоғары энергия тұтынуды және шығарындыларды қамтиды. Көміртекті іздейтін және энергия тиімділігін арттыру үшін жасыл технологияларды дамыту бойынша жұмыстар жүргізілуде. Инновациялар жаңартылатын энергия көздерін жұмсарту және қайта өңдеу үшін жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қамтиды, олар қалдықтарды азайтуға арналған қосымша өнімдерді қайта өңдеуді қамтиды.
Сапаны бақылау және тестілеу
Кремний карбидінің сапасын қамтамасыз ету олардың талап етілетін өтінімдері бойынша олардың орындалуы үшін өте маңызды. Рентгендік дифракция (XRD), сканерленетін электронды микроскопия (SEM), сканерлеу және спектроскопия, кристалды құрылымды, тазалық пен ақауларды талдау үшін қолданылады. Бұл сапаны бақылау шаралары өндірушілерге өндіріс параметрлері мен кепілдік өнімінің сенімділігін оңтайландыруға көмектеседі.
Наноқұрылымды кремний карбидіндегі жетістіктер
Соңғы зерттеулер наноқұрылымды кремсонды карбид материалдарын өндіруге бағытталған, мысалы, жер үсті аймағының жоғарылауы, механикалық беріктігі және жылу тұрақтылығы жақсарған. Бұл наноматериалдар катализ, сенсорлар және алдыңғы қатарлы композиттерде жаңа мүмкіндіктер ашады.
Нарықтық тенденциялар және болашақ болжам
Силикон Карбидіне сұраныс электр машиналарында, жаңартылатын энергия жүйелерінде және жоғары қуат электроникаларында маңызды рөліне байланысты айтарлықтай өседі деп күтілуде. Дамып келе жатқан өндіріс әдістері шығындарды азайтуға және масштабталуын жақсартады, сонымен қатар SIC кең таралған қолданбалар үшін қол жетімді.
Қорытынды
Кремний карбидінің өндірістік әдістері заманауи өнеркәсіптің әр түрлі талаптарын қанағаттандыру үшін дамыды. Acheson процесі SIC-тің жұмыс істеуі үшін жұмыс істейді, ал жұмыс және күрделі процесс және күрделі процесс, жартылай өткізгіштік материалдар үшін қажет. Реакцияға байланысты SIC және басқа да даму әдістері күрделі пішіндер мен бейімделген қасиеттерді жасауға мүмкіндік береді. Технологиялық жетістіктер сияқты, кремний карбид өндірісінің тиімділігі, сапасы және тұрақтылығы жақсаруды жалғастырады, оның болашаққа маңызды материал ретіндегі маңызды материал ретінде жақсарады.
ЖҚС: Кремний карбидін өндіру әдістері
1. Кремний карбидін өндірудің ең көп қолданылатын әдісі қандай?
Acheson процесі - бұл кремний карбидін өндірудің ең көп қолданылатын әдісі. Бұл кремний құмының және электрлік кедергілердегі көміртегі көзінің жоғары температуралық реакциясын қамтиды, нәтижесінде сиктік кристалдардың абразивтері, отқа төзімді және металлургиялық қосымшалар пайда болады.
2. Электроника үшін жоғары тазалық кремний карбидінің кристалдары қалай өсіріледі?
Жоғары тазалық біртектес кристалдар, әдетте, процесті (физикалық бу көлігінің) көмегімен өндіріледі. Бұл әдісте, SIC ұнтағы жоғары температурада сублимацияланған, ал бу үрмелі кристалды, өсіп келе жатқан, өсіп келе жатқан үлкен, ақаусыз шкафтар, ол кейінірек жартылай өткізгіш құрылғыларға арналған ақаусыз бульдер.
3. Силикон Карбид өндірісіндегі химиялық будың тұндыруының (CVD) рөлі қандай?
CVD жұқа қабықтарды салуға немесе кремний карбидінің эпитакси қабаттарын салуға немесе тазалыққа, қалыңдығына және кристалды құрылымға дәл бақылауға алады. Бұл әдіс жоғары сапалы электрондық құрылғылар мен қорғаныс жабындарын өндіру үшін қажет.
4. Кремний карбиді кешенді пішіндерде жасай ала ма?
Иә, реакциялық байланған кремний карбиді (RB-SIC) күрделі пішіндерді шығаруға мүмкіндік береді. Кеуекті препарат балқытылған кремниймен инфильтрленген, ол металлиялық және құрылымдық қосымшаларға арналған күрделі компоненттерді құруға мүмкіндік береді.
5. Кремтим-карбид өндірісінің тұрақты әдістері бар ма?
Соңғы жетістіктерге қайта өңделген кремний қалдықтарын және тиімділікті арттыратын және энергияны тұтынуды азайтатын инновациялық реакторлық дизайндарды пайдалану кіреді. Бұл тәсілдер тұрақты және үнемді кремний карбидінің өндірісіне ықпал етеді.
