실리콘 카바이드 생산 공정의 주요 단계는 무엇입니까?

컨텐츠 메뉴

● 실리콘 카바이드 생산 방법의 개요

● Acheson 프로세스 : 단계별 분석

>> 1. 원료 준비

>> 2. 용광로 로딩 및 구성

>> 3. 고온 반응

>> 4. 냉각 및 추출

>> 5. 분쇄 및 채점

>> 6. 정화 및 품질 관리

● 고급 제조 기술

>> 물리 증기 수송 (PVT)

>> 화학 기상 증착 (CVD)

● 후 처리 및 성형

>> 기술 형성

>> 소결 발전

● 산업 응용 분야

>> 부문 별 요구 사항

● 환경 및 경제적 고려 사항

>> 에너지 최적화

>> 재활용 이니셔티브

● SIC 제조의 미래 추세

● 결론

● FAQ

>> 1. Acheson 프로세스는 왜 Sawdust를 사용합니까?

>> 2. Acheson-Process SIC의 전형적인 순도는 무엇입니까?

>> 3. 전체 생산주기는 얼마나 걸리나요?

>> 4. sic을 재활용 할 수 있습니까?

>> 5. 전자 제품에 CVD가 선호되는 이유는 무엇입니까?

● 인용 :

실리콘 카바이드 (SIC)는 극심한 경도, 열 안정성 및 화학 저항으로 인해 항공 우주에서 반도체에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 없어야합니다. 이 기사는 Acheson 프로세스에 중점을 둔 산업 생산 방법을 탐구하며 물리 증기 수송 (PVT) 및 화학 증기 증착 (CVD)과 같은 고급 기술을 다룹니다.

실리콘 카바이드 생산 방법의 개요

두 가지 주요 방법은 SIC 제조를 지배합니다.

1. Acheson Process : 연마제 Sic을 생성하기위한 전통적인 대규모 방법.

2. 물리 증기 수송 (PVT) : 전자 제품의 고순도 단결정에 사용됩니다.

3. 화학 증기 증착 (CVD) : 박막 반도체 적용을위한 특수.

이 기사는 산업 SIC 생산의 90% 이상을 차지하는 Acheson 프로세스에 중점을 둡니다.

Acheson 프로세스 : 단계별 분석

1. 원료 준비

실리콘 탄화물 생산 공정은 세심한 원료 선택으로 시작합니다.

- 실리카 모래 : 석영 퇴적물에서 공급되며 ≥99.5% Sio₂ 순도가 필요합니다.

- 탄소 공급원 : 석유 코크스 (낮은 애쉬 함량에 선호) 또는 안트라이트 석탄.

- 첨가제 :

- 가스 탈출 채널을 만드는 톱밥 (5-10 중량%).

- 염화나트륨 (2-3%)은 반응 온도를 2,600 ° C에서 2,400 ° C로 낮 춥니 다.

현대 시설은 원료의 실시간 구성 분석에 레이저 유발 파괴 분광법 (LIB)을 사용합니다.

2. 용광로 로딩 및 구성

실리콘 카바이드 생산의 중심부는 전기 저항 용광로에 있습니다.

- 디자인 : 500-1,000mm 두께의 내화 안감이있는 직사각형 강철 쉘.

- 전극 : 흑연 막대 (300–500mm 직경)는 100-200V DC 전력을 제공합니다.

- 코어 어셈블리 : 10% 바인더와 혼합 된 카본 블랙은 전도성 코어를 형성합니다.

일반적인 생산 배치 사용 :

구성 요소	수량	목적
sio./c 혼합물	50–100 톤	반응 질량
소금 첨가제	1-2 톤	플럭스 에이전트
톱밥	3-5 톤	다공성 제어

3. 고온 반응

탄수화물 감소는 3 단계에서 발생합니다.

1. 예열 (0–1,800 ° C) : 휘발성 물질을 운전하는 데 12-18 시간.

2. 반응 단계 (2,100–2,500 ° C) :

SIO ₂+3C → SIC +2CO ↑

CO 가스 방출은 배치 당 2.5 톤으로 피크입니다.

3. 결정 성장 (2,500–2,700 ° C) : α-Sic 육각형 혈소판 형태.

고급 열 화상 시스템은 ± 25 ° C 이내의 온도 구배를 모니터링합니다.

4. 냉각 및 추출

반응 후 취급은 정밀도가 필요합니다.

- 제어 냉각 : 질소 정화는 냉각을 5-7 일로 가속화합니다.

- 구역 추출 : Boule에는 별개의 영역이 포함되어 있습니다.

- 내부 코어 : 고순도 녹색 sic (Mohs 9.5).

- 중간 층 : 1 ~ 3%의 무료 탄소를 가진 검은 색 sic.

- 외부 크러스트 : 미 반응 물질 (총 질량의 15-25%).

5. 분쇄 및 채점

현대식 실리콘 탄화물 생산 라인은 다음을 사용합니다.

-HPGR 크러셔 : 고압 분쇄 롤은 에너지 사용을 30% Zaw Crushers로 줄입니다.

- 공기 분류 : 입자 크기 분포 달성 :

- 거친 밀가루 : 12–240 메쉬 (1,680–53 μm).

- 미크론 분말 : D97 ≤ 10 μm.

6. 정화 및 품질 관리

사후 처리는 재료 일관성을 보장합니다.

- 산 침출 :

-Hydrofluoric Acid (5-15%)는 Sio₂을 제거합니다.

- 황산 (20%)은 금속 불순물을 제거합니다.

- 레이저 회절 : 입자 크기 분포를 검증합니다.

-XRD 분석 : α-SIC 생성물에서 β-SIC 함량 <0.5%를 확인합니다.

고급 제조 기술

물리 증기 수송 (PVT)

반도체 등급 SIC는 특수 성장이 필요합니다.

1. 종자 준비 : 4H-sic wafers는 Ra <0.2nm로 연마됩니다.

2. 성장 매개 변수 :

- 온도 구배 : 15–25 ° C/cm.

- 압력 : 5–50 mbar.

3. 결함 완화 :

- 기저 평면 탈구 밀도 : <100 cm ⊃2;.

- 마이크로 파이프 결함 : 현대 150mm 웨이퍼에서 제거.

화학 기상 증착 (CVD)

전력 전자 제품 응용 프로그램 :

선구자 가스 :

- 실리콘 출처 : SIH₄ (HAT의 5-10%).

- 탄소 공급원 : c₃h source 또는 ch₃sicl₃.

성장률 :

- 벌크 성장 : 0.3–1.0 mm/hr.

- 에피 택셜 층 : 10–50 μm/hr.

후 처리 및 성형

기술 형성

방법 방법	압력	밀도는	응용을 달성했습니다
드라이 프레스	50–200 MPa	60-75% TD	내화 된 벽돌
차가운 등방성	200–400 MPa	75–85% TD	갑옷 타일
주입 성형	70–150 MPa	55–65% TD	복잡한 기하학

소결 발전

실리콘 카바이드 생산의 혁신은 다음과 같습니다.

솔리드 스테이트 소결 :

- 첨가제 : B :C + C (0.5–2.0%).

- 온도 : 2,100–2,200 ° C.

액체 상 소결 :

-Al₂o₂--y₃o₃ 플럭스는 1,850–1,950 ° C에서 치밀화를 가능하게합니다.

산업 응용 분야

부문 별 요구 사항

사례 연구 : Tesla의 Model 3 인버터는 24 개의 SIC MOSFET을 사용하여 SI IGBT에 비해 전력 손실이 75% 감소합니다.

환경 및 경제적 고려 사항

에너지 최적화

현대식 실리콘 탄화물 생산 시설 구현 :

- 폐 열 회수 : 용광로 열의 40-50%가 증기 전력으로 전환되었습니다.

-DC 아크 퍼니스 : 에너지 소비를 6-8kWh/kg으로 줄입니다.

재활용 이니셔티브

폐 루프 시스템 복구 :

- 하이드로 사이클론 분리를 통한 연마 그릿의 92-95%.

- 메탄올 합성 용 70% 퍼니스 오프 가스 공동.

SIC 제조의 미래 추세

1. 더 큰 결정 성장 : 2026 년까지 200mm 웨이퍼 생산.

2. 첨가제 제조 : 99.3% 밀도를 가진 SIC 성분의 바인더 제트.

3. AI 통합 : 머신 러닝은 94% 정확도로 최적의 퍼니스 매개 변수를 예측합니다.

결론

실리콘 탄화물 생산 공정은 세기의 원칙과 최첨단 혁신과 결합합니다. Acheson 프로세스는 벌크 생산을 위해 지배적이지만 PVT 및 CVD는 전력 전자 제품의 고급 응용 프로그램을 가능하게합니다. 퍼니스 디자인, 재활용 및 디지털화의 향후 발전은 극한 환경의 중요한 자료로서 SIC의 역할을 더욱 강화할 것이며, 전 세계 SIC 시장은 2028 년까지 106 억 달러에이를 것으로 예상됩니다.

FAQ

1. Acheson 프로세스는 왜 Sawdust를 사용합니까?

가열 중에 톱밥 화상을 입어 압력 축적을 방지하고 반응 균일 성을 향상시키는 가스 탈출 채널이 생성됩니다.

2. Acheson-Process SIC의 전형적인 순도는 무엇입니까?

상업적 등급은 98-99.5% 순도에 도달하는 반면, 산 세척 변이체는 99.9%를 초과합니다.

3. 전체 생산주기는 얼마나 걸리나요?

원료에서 최종 분말까지 : 15-20 일 (7-10 일 냉각 포함).

4. sic을 재활용 할 수 있습니까?

예 - 분쇄 휠 폐기물의 최대 40%가 분쇄 및 자기 분리를 통해 재생됩니다.

5. 전자 제품에 CVD가 선호되는 이유는 무엇입니까?

CVD는 결함 밀도 <1 cm² 대 10⊃3; –10⁴ cm² PVT 결정에서.

인용 :

[1] https://www.linkedin.com/pulse/silicon-carbide-sic-industrial-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/comprehensive-guide-silicon-carbide-from

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

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

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

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

[9] https://kindle-tech.com/faqs/how-do-you-process-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-process-production-flow-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/2020/12/15/role-of-silicon-silicon-carbide-silicon-ferro-silicon-si-pesi-process/

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

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

[19] https://www.wolfspeed.com/company/news-events/news/wolfspeed-opens-the-worlds-largest-200mm-silicon-fab-enabling-vantipated-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-ave-bright-future/