碳化矽生產過程的關鍵步驟是什麼？

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● 碳化矽生產方法的概述

● acheson過程：分步故障

>> 1。原材料準備

>> 2。爐加載和配置

>> 3。高溫反應

>> 4。冷卻和提取

>> 5。壓碎和分級

>> 6。純化和質量控制

● 高級製造技術

>> 物理蒸氣運輸（PVT）

>> 化學蒸氣沉積（CVD）

● 後處理和塑造

>> 形成技術

>> 燒結的進步

● 工業應用

>> 特定部門的要求

● 環境和經濟考慮

>> 能量優化

>> 回收計劃

● SIC製造的未來趨勢

● 結論

● 常見問題解答

>> 1。為什麼acheson過程使用木屑？

>> 2。 acheson-Process SIC的典型純度是什麼？

>> 3.完整的生產週期需要多長時間？

>> 4。 SIC可以回收嗎？

>> 5。為什麼CVD首選電子產品？

● 引用：

碳化矽 （SIC）由於其極高的硬度，熱穩定性和耐化學性而在從航空航天到半導體的行業中變得必不可少。本文探討了工業生產方法，重點介紹了acheson過程，同時還涵蓋了物理蒸氣運輸（PVT）和化學蒸氣沉積（CVD）等先進技術。

碳化矽生產方法的概述

兩種主要方法主導了SIC製造：

1。 Acheson過程：傳統的大規模生產磨料級SIC的方法。

2。物理蒸氣傳輸（PVT）：用於電子中的高純度單晶。

3。化學蒸氣沉積（CVD）：專門用於薄膜半導體應用。

本文重點介紹了Acheson流程，該過程佔工業SIC生產的90％以上。

acheson過程：分步故障

1。原材料準備

碳化矽生產過程始於細緻的原材料選擇：

- 二氧化矽砂：來自石英沉積物，需要≥99.5％的純度。

- 碳源：石油焦炭（首選低灰分含量）或無菸煤煤。

- 添加劑：

- 木屑（重量為5–10％）以創建氣體逃生通道。

- 氯化鈉（2–3％）降低了從2,600°C到2,400°C的反應溫度。

現代設施使用激光誘導的故障光譜（LIB）進行原材料的實時組成分析。

2。爐加載和配置

碳化矽生產的心臟在於電阻爐：

- 設計：矩形鋼殼，具有500–1,000mm厚的耐火襯裡。

- 電極：石墨桿（直徑300-500mm）傳遞100–200V DC功率。

- 核心組件：碳黑與10％粘合劑混合形成導電芯。

典型的生產批次用途：

組件	數量	目的
Sio₂/C混合物	50–100噸	反應質量
鹽添加劑	1-2噸	通量代理
木屑	3-5噸	孔隙度控制

3。高溫反應

碳熱還原分為三個階段：

1。預熱（0–1,800°C）：12–18小時以驅動揮發物。

2。反應階段（2,100–2,500°C）：

SIO ₂+3C→SIC +2CO↑

CO氣體排放峰值為每批2.5噸。

3。晶體生長（2,500–2,700°C）：α-SIC六邊形血小板形成。

高級熱成像系統監測±25°C之內的溫度梯度。

4。冷卻和提取

反應處理需要精確：

- 控製冷卻：氮淨化可將冷卻加速至5-7天。

- 區域提取：Boule包含不同的區域：

- 內核：高純度綠色SIC（MOHS 9.5）。

- 中層：黑色SIC，具有1-3％的游離碳。

- 外殼：未反應的材料（佔總質量的15-25％）。

5。壓碎和分級

現代矽碳化物生產線採用：

- HPGR破碎機：高壓磨卷將能源使用量減少30％與頜骨破碎機。

- 空氣分類：實現粒徑分佈：

- 粗砂：12–240網地（1,680–53μm）。

- 微米粉：D97≤10μm。

6。純化和質量控制

後處理確保物質一致性：

- 酸浸：

- 氫氟酸（5–15％）去除Sio₂。

- 硫酸（20％）消除了金屬雜質。

- 激光衍射：驗證粒度分佈。

- XRD分析：確認β-SIC含量<0.5％的α-SIC產物。

高級製造技術

物理蒸氣運輸（PVT）

半導體級SIC需要專門的增長：

1。種子製備：4H-SIC晶圓拋光到RA <0.2nm。

2。生長參數：

- 溫度梯度：15–25°C/cm。

- 壓力：5–50 mbar。

3。緩解缺陷：

- 基礎脫位密度：<100cm²。

- 微管缺陷：在現代150mm晶片中消除。

化學蒸氣沉積（CVD）

用於電力電子應用：

前體氣體：

- 矽來源：SIH₄（H₂為5–10％）。

- 碳來源：C₃H₈或Ch₃sicl₃。

增長率：

- 散裝生長：0.3–1.0 mm/hr。

- 外延層：10–50μm/hr。

後處理和塑造

成型技術

方法的	壓力	密度達到了	應用
乾壓	50–200 MPA	60–75％TD	耐火磚
冷等靜止	200–400 MPA	75–85％TD	裝甲瓷磚
注入成型	70–150 MPA	55–65％TD	複雜的幾何形狀

燒結的進步

碳化矽生產的創新包括：

固態燒結：

- 添加劑：B₄C + C（0.5–2.0％）。

- 溫度：2,100–2,200°C。

液相燒結：

-Al₂o₃-y₂o₃通量可在1,850–1,950°C下緻密化。

工業應用

特定部門的要求

案例研究：特斯拉的Model 3逆變器使用24個SIC MOSFET，與SI IGBT相比，功率損耗降低了75％。

環境和經濟考慮

能量優化

現代碳化矽生產設施實施：

- 廢熱回收：40–50％的爐熱轉化為蒸汽動力。

-DC弧熔爐：將能源消耗降低到6–8 kWh/kg。

回收計劃

閉環系統恢復：

-92–95％的磨砂砂岩通過氫氣分離。

- 70％爐子off-Gas Co用於甲醇合成。

SIC製造的未來趨勢

1。較大的晶體生長：到2026年到2026年。

2。添加劑製造：密度99.3％的SIC組件的粘合劑噴射。

3。 AI集成：機器學習預測精度為94％的最佳爐參數。

結論

碳化矽生產過程結合了百年曆史的原理與最先進的創新。雖然acheson工藝對於批量產量仍然是主導的，但PVT和CVD啟用了電力電子的高級應用。爐設計，回收和數字化的未來進步將進一步鞏固SIC作為極端環境的關鍵材料的作用，到2028年，全球SIC市場預計將達到106億美元。

常見問題解答

1。為什麼acheson過程使用木屑？

木屑在加熱過程中燃燒，形成防止壓力積累並改善反應均勻性的氣體逃生通道。

2。 acheson-Process SIC的典型純度是什麼？

商業等級達到98–99.5％的純度，而酸洗的變體超過99.9％。

3.完整的生產週期需要多長時間？

從原材料到最終粉末：15-20天（包括7-10天冷卻）。

4。 SIC可以回收嗎？

是的 - 通過粉碎和磁性分離，回收了多達40％的磨輪垃圾。

5。為什麼CVD首選電子產品？

CVD達到缺陷密度<1cm²與10⊃3; –10⁴CM⊃2;在Pvt晶體中。

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/2020/2020/12/15/role-ole-ole-of-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/