Jakie wyzwania wiążą się z produkcją substratów z węglika krzemu?

Węglik krzemu (SiC) to materiał o wysokiej energii wiązania, podobny do innych twardych materiałów, takich jak diament i sześcienny azotek boru. Jednakże wysoka energia wiązania SiC utrudnia krystalizację bezpośrednio do wlewków tradycyjnymi metodami topienia. Dlatego w procesie hodowli kryształów węglika krzemu wykorzystuje się technologię epitaksji w fazie gazowej. W metodzie tej substancje gazowe stopniowo osadzają się na powierzchni podłoża i krystalizują w postaci stałych kryształów. Podłoże odgrywa kluczową rolę w prowadzeniu osadzonych atomów, aby rosnąć w określonym kierunku kryształu, co skutkuje utworzeniem płytki epitaksjalnej o określonej strukturze krystalicznej.

Opłacalność

Węglik krzemu rośnie bardzo powoli, zwykle tylko około 2 cm na miesiąc. W produkcji przemysłowej roczna zdolność produkcyjna pieca do wzrostu monokrystalicznego wynosi tylko 400-500 sztuk. Ponadto koszt pieca do wzrostu kryształów jest równie wysoki. Dlatego produkcja węglika krzemu jest procesem kosztownym i nieefektywnym.

Aby poprawić wydajność produkcji i obniżyć koszty, epitaksjalny wzrost węglika krzemu na powierzchnipodłożestało się bardziej rozsądnym wyborem. Ta metoda może osiągnąć masową produkcję. W porównaniu z cięciem bezpośrednimwlewki węglika krzemutechnologia epitaksjalna może skuteczniej zaspokoić potrzeby produkcji przemysłowej, poprawiając w ten sposób konkurencyjność rynkową materiałów z węglika krzemu.

Trudność cięcia

Węglik krzemu (SiC) nie tylko rośnie powoli, co powoduje wyższe koszty, ale jest również bardzo twardy, co utrudnia proces jego cięcia. W przypadku użycia drutu diamentowego do cięcia węglika krzemu prędkość cięcia będzie mniejsza, cięcie będzie bardziej nierówne, a na powierzchni węglika krzemu łatwo będzie pozostawić pęknięcia. Ponadto materiały o wysokiej twardości w skali Mohsa są zwykle bardziej kruche, npwafel z węglika krzemusą bardziej podatne na pękanie podczas cięcia niż płytki krzemowe. Czynniki te powodują stosunkowo wysoki koszt materiałuwafle z węglika krzemu. Dlatego niektórzy producenci samochodów, tacy jak Tesla, którzy początkowo rozważają modele wykorzystujące materiały z węglika krzemu, mogą ostatecznie wybrać inne opcje, aby obniżyć koszt całego pojazdu.

Jakość kryształu

RosnącPłytki epitaksjalne SiCna podłożu można skutecznie kontrolować jakość kryształów i dopasowanie sieci. Struktura krystaliczna podłoża będzie miała wpływ na jakość kryształów i gęstość defektów płytki epitaksjalnej, poprawiając w ten sposób wydajność i stabilność materiałów SiC. Takie podejście pozwala na produkcję kryształów SiC o wyższej jakości i mniejszej liczbie defektów, poprawiając w ten sposób wydajność końcowego urządzenia.

Regulacja napięcia

Dopasowanie kratowe pomiędzypodłożeiwafel epitaksjalnyma istotny wpływ na stan odkształcenia materiału SiC. Dostosowując to dopasowanie, struktura elektronowa i właściwości optycznePłytka epitaksjalna SiCmożna zmieniać, co ma istotny wpływ na wydajność i funkcjonalność urządzenia. Ta technologia regulacji naprężenia jest jednym z kluczowych czynników poprawiających wydajność urządzeń SiC.

Kontroluj właściwości materiału

Poprzez epitaksję SiC na różnych typach podłoży można osiągnąć wzrost SiC przy różnych orientacjach kryształów, uzyskując w ten sposób kryształy SiC o określonych kierunkach płaszczyzny kryształów. Takie podejście umożliwia dostosowanie właściwości materiałów SiC do potrzeb różnych obszarów zastosowań. Na przykład,Płytki epitaksjalne SiCmożna hodować na podłożach 4H-SiC lub 6H-SiC w celu uzyskania określonych właściwości elektronicznych i optycznych spełniających różne potrzeby zastosowań technicznych i przemysłowych.