碳化硅生产过程的关键步骤是什么？

内容菜单

● 碳化硅生产方法的概述

● acheson过程：分步故障

>> 1。原材料准备

>> 2。炉加载和配置

>> 3。高温反应

>> 4。冷却和提取

>> 5。压碎和分级

>> 6。纯化和质量控制

● 高级制造技术

>> 物理蒸气运输（PVT）

>> 化学蒸气沉积（CVD）

● 后处理和塑造

>> 形成技术

>> 烧结的进步

● 工业应用

>> 特定部门的要求

● 环境和经济考虑

>> 能量优化

>> 回收计划

● SIC制造的未来趋势

● 结论

● 常见问题解答

>> 1。为什么acheson过程使用木屑？

>> 2。acheson-Process SIC的典型纯度是什么？

>> 3.完整的生产周期需要多长时间？

>> 4。SIC可以回收吗？

>> 5。为什么CVD首选电子产品？

● 引用：

碳化硅 （SIC）由于其极高的硬度，热稳定性和耐化学性而在从航空航天到半导体的行业中变得必不可少。本文探讨了工业生产方法，重点介绍了acheson过程，同时还涵盖了物理蒸气运输（PVT）和化学蒸气沉积（CVD）等先进技术。

碳化硅生产方法的概述

两种主要方法主导了SIC制造：

1。Acheson过程：传统的大规模生产磨料级SIC的方法。

2。物理蒸气传输（PVT）：用于电子中的高纯度单晶。

3。化学蒸气沉积（CVD）：专门用于薄膜半导体应用。

本文重点介绍了Acheson流程，该过程占工业SIC生产的90％以上。

acheson过程：分步故障

1。原材料准备

碳化硅生产过程始于细致的原材料选择：

- 二氧化硅砂：来自石英沉积物，需要≥99.5％的纯度。

- 碳源：石油焦炭（首选低灰分含量）或无烟煤煤。

- �

- 木屑（重量为5–10％）以创建气体逃生通道。

- 氯化钠（2–3％）降低了从2,600°C到2,400°C的反应温度。

现代设施使用激光诱导的故障光谱（LIB）进行原材料的实时组成分析。

2。炉加载和配置

碳化硅生产的心脏在于电阻炉：

- 设计：矩形钢壳，具有500–1,000mm厚的耐火衬里。

- 电极：石墨杆（直径300-500mm）传递100–200V DC功率。

- 核心组件：碳黑与10％粘合剂混合形成导电芯。

典型的生产批次用途：

组件	数量	目的
Sio₂/C混合物	50–100吨	反应质量
盐添加剂	1-2吨	通量代理
木屑	3-5吨	孔隙度控制

3。高温反应

碳热还原分为三个阶段：

1。预热（0–1,800°C）：12–18小时以驱动挥发物。

2。反应阶段（2,100–2,500°C）：

SIO ₂+3C→SIC +2CO↑

CO气体排放峰值为每批2.5吨。

3。晶体生长（2,500–2,700°C）：α-SIC六边形血小板形成。

高级热成像系统监测±25°C之内的温度梯度。

4。冷却和提取

反应处理需要精确：

- 控制冷却：氮净化可将冷却加速至5-7天。

- 区域提取：Boule包含不同的区域：

- 内核：高纯度绿色SIC（MOHS 9.5）。

- 中层：黑色SIC，具有1-3％的游离碳。

- 外壳：未反应的材料（占总质量的15-25％）。

5。压碎和分级

现代硅碳化物生产线采用：

- HPGR破碎机：高压磨卷将能源使用量减少30％与颌骨破碎机。

- 空气分类：实现粒径分布：

- 粗砂：12–240网地（1,680–53μm）。

- 微米粉：D97≤10μm。

6。纯化和质量控制

后处理确保物质一致性：

- 酸浸：

- 氢氟酸（5–15％）去除Sio₂。

- 硫酸（20％）消除了金属杂质。

- 激光衍射：验证粒度分布。

- XRD分析：确认β-SIC含量<0.5％的α-SIC产物。

高级制造技术

物理蒸气运输（PVT）

半导体级SIC需要专门的增长：

1。种子制备：4H-SIC晶圆抛光到RA <0.2nm。

2。生长参数：

- 温度梯度：15–25°C/cm。

- 压力：5–50 mbar。

3。缓解缺陷：

- 基础脱位密度：<100cm²。

- 微管缺陷：在现代150mm晶片中消除。

化学蒸气沉积（CVD）

用于电力电子应用：

前体气体：

- 硅来源：SIH₄（H₂为5–10％）。

- 碳来源：C₃H₈或Ch₃sicl₃。

增长率：

- 散装生长：0.3–1.0 mm/hr。

- 外延层：10–50μm/hr。

后处理和塑造

成型技术

方法的	压力	密度达到了	应用
干压	50–200 MPA	60–75％TD	耐火砖
冷等静止	200–400 MPA	75–85％TD	装甲瓷砖
注入成型	70–150 MPA	55–65％TD	复杂的几何形状

烧结的进步

碳化硅生产的创新包括：

固态烧结：

- 添加剂：B₄C + C（0.5–2.0％）。

- 温度：2,100–2,200°C。

液相烧结：

-Al₂o₃-y₂o₃通量可在1,850–1,950°C下致密化。

工业应用

特定部门的要求

案例研究：特斯拉的Model 3逆变器使用24个SIC MOSFET，与SI IGBT相比，功率损耗降低了75％。

环境和经济考虑

能量优化

现代碳化硅生产设施实施：

- 废热回收：40–50％的炉热转化为蒸汽动力。

-DC弧熔炉：将能源消耗降低到6–8 kWh/kg。

回收计划

闭环系统恢复：

-92–95％的磨砂砂岩通过氢气分离。

- 70％炉子off-Gas Co用于甲醇合成。

SIC制造的未来趋势

1。较大的晶体生长：到2026年到2026年。

2。添加剂制造：密度99.3％的SIC组件的粘合剂喷射。

3。AI集成：机器学习预测精度为94％的最佳炉参数。

结论

碳化硅生产过程结合了百年历史的原理与最先进的创新。虽然acheson工艺对于批量产量仍然是主导的，但PVT和CVD启用了电力电子的高级应用。炉设计，回收和数字化的未来进步将进一步巩固SIC作为极端环境的关键材料的作用，到2028年，全球SIC市场预计将达到106亿美元。

常见问题解答

1。为什么acheson过程使用木屑？

木屑在加热过程中燃烧，形成防止压力积累并改善反应均匀性的气体逃生通道。

2。acheson-Process SIC的典型纯度是什么？

商业等级达到98–99.5％的纯度，而酸洗的变体超过99.9％。

3.完整的生产周期需要多长时间？

从原材料到最终粉末：15-20天（包括7-10天冷却）。

4。SIC可以回收吗？

是的 - 通过粉碎和磁性分离，回收了多达40％的磨轮垃圾。

5。为什么CVD首选电子产品？

CVD达到缺陷密度<1cm²与10⊃3; –10⁴CM⊃2;在Pvt晶体中。

引用：

[1] https://www.linkedin.com/pulse/silicon-carbide-sic-sic-sic-instrial-production-methods-francois-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/comprehand-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-making-making-making-process-flow.html

[7] https://www.xinliabrasive.com/production-process-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-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-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/2020/2020/15/role-ole-ole-o--silicon-carbide-silicon-carbide-sic-in-silicon-silicon一下

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

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

[19] https://www.wolfspeed.com/company/news-events/news/wolfspeed-peed-opens-popens-the-worlds-worlds-200mm-silicon-silicon-carbide-fab-enabling-highhighly-------

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

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