Silicio karbido milteliai, kaip sintezės žaliava, tiesiogiai veikia silicio karbido monokristalų augimo kokybę ir elektrines savybes. Pastaraisiais metais didelio-grynumo silicio karbido miltelių paruošimas palaipsniui tapo vienu svarbiausių silicio karbido monokristalų augimo tyrimų tašku.
PVT metodas, skirtas SiC pavieniams kristalams auginti, kelia didelius SiC miltelių grynumo reikalavimus, paprastai reikalaujama 5 N{1}} grynumo (grynumas didesnis arba lygus 99,999 %). Tačiau ruošiant SiC miltelius į daugelį etapų-, tokių kaip anglies miltelių, silicio miltelių ir grafito tiglių apdorojimas, neužbaigta žaliavų reakcija ir tolesnis miltelių apdorojimas-, gali lengvai patekti į įvairias priemaišas, pvz., C, Si, SiO2, Fe, Al, N} ir B, įskaitant metalines priemaišas. Šių priemaišų buvimas turi įtakos ne tik fizinėms ir cheminėms SiC miltelių savybėms, bet ir vėliau auginamų SiC pavienių kristalų kristalų kokybei ir elektrinėms savybėms. Todėl norint užtikrinti susintetinto SiC miltelių grynumą, reikalingas gryninimo apdorojimas.
01
Anglies pašalinimas iš silicio karbido miltelių
Oksidacijos metodas
Oksidacijos metodas apima susintetinto SiC miltelių kaitinimą iki 700–900 laipsnių, kad būtų galima kalcinuoti aukštoje temperatūroje, naudojant anglies ir deguonies reakciją ore, kad susidarytų CO ir CO2, kad laisvasis C SiC milteliuose būtų atskirtas nuo dujinio SiC miltelių ir taip pašalinama anglis. Mikron-dydžio silicio karbido milteliuose, kurių dalelių dydis yra palyginti mažas, nes specifinis miltelių paviršiaus plotas yra palyginti didelis, silicio karbidas labiau oksiduojasi šalinant anglį aukštoje-temperatūroje, todėl atsiranda naujų silicio dioksido priemaišų. Norint išspręsti šią problemą, negalima tiesiog pasikliauti oksidacijos laiko pailginimu arba oksidacijos temperatūros padidinimu, kad būtų visiškai pašalinta anglis.
Oksidacija{0}}pagrįstas anglies šalinimas yra gana paprastas, ekonomiškas, neteršiantis-ir efektyvus anglies šalinimo būdas. Jis plačiai naudojamas laisvos anglies pašalinimui iš SiC miltelių, tačiau anglies pašalinimo temperatūra ir laikas turi būti kontroliuojami, kad būtų išvengta problemų, tokių kaip stipri oksidacija, kurią sukelia pernelyg aukšta temperatūra.
Flotacijos metodas
Flotacija naudoja skirtingą skirtingų medžiagų paviršių sudrėkinimo laipsnį skystoje terpėje, o mineralus atskiria ir plūduriuoja pagal dalelių kontakto kampų skirtumus. Priemaišos anglies milteliai ir SiC milteliai turi skirtingas sukibimo formas. Viena iš formų yra fizinis sukibimas su SiC dalelėmis per paviršiaus jėgas. Dėl šios formos sukibimo anglies miltelių ir SiC miltelių sąveika yra gana silpna. Tuo pačiu metu SiC milteliai yra hidrofiliniai, o anglis yra hidrofobinė. Todėl dėl skirtingo SiC ir anglies hidrofiliškumo anglies pašalinimui galima naudoti flotaciją.
Flotacija{0}}pagrįstas anglies šalinimo ciklas yra ilgas. Dauguma naudojamų flotacijos medžiagų yra cheminiai reagentai, kurie daro tam tikrą neigiamą poveikį aplinkai. Kadangi dispersinė terpė yra gana toksiška, ji taip pat gali kelti potencialų pavojų operatoriams. Be to, kadangi silicio karbido milteliai turi mažą dalelių dydį, silicio karbido milteliai gali patekti į laisvą anglį ir dėl to prarandama žaliava.
Oro klasifikavimo metodas
Pagrindinis oro klasifikavimo principas pagrįstas pakabos greičio skirtumu tarp medžiagos ir priemaišų. Tai yra, veikiant oro srautui, didesnio tankio kietosios dalelės turi didesnį nusėdimo greitį ir nukeliauja trumpesnį atstumą, o mažesnio tankio dalelės turi mažesnį nusėdimo greitį ir nukeliauja ilgesnį atstumą.
Klasifikuojant orą, iš silicio karbido miltelių galima pašalinti didelio masto priemaišas{0}. Tuo pačiu metu įrangą paprasta valdyti, kaina yra santykinai mažesnė nei kitų metodų ir nėra jokių aplinkosaugos problemų. Tačiau anglies šalinimo efektyvumas nėra didelis. Norint gauti didelio -grynumo silicio karbido miltelius, vis tiek reikia apdoroti.
Apibendrinant galima pasakyti, kad anglies pašalinimas iš SiC miltelių neturėtų pasikliauti vienu metodu. Galima derinti kelis procesus: pirma, susmulkinkite miltelius, kad visiškai atskleistumėte kapsuliuotą anglį; tada naudokite dejonizuotą vandenį paprastam flotavimui, kad preliminariai pašalintumėte laisvą anglį; po džiovinimo atlikti šildymo/oksidavimo apdorojimą, kad efektyviai pašalintumėte likusias anglies priemaišas. Kelių metodų sinerginis poveikis padeda žymiai pagerinti priemaišų šalinimo efektyvumą ir padidinti SiC miltelių grynumą.
02
Kitų nešvarumų pašalinimas iš silicio karbido miltelių
Apdorojant anglies miltelius, silicio miltelius ir grafito tiglius, taip pat smulkinant SiC miltelius, neišvengiamai patenka kai kurių metalų priemaišų, tokių kaip Al, Fe ir Mn. Šios priemaišos yra SiC milteliuose oksidų arba metalų jonų pavidalu ir turi didelę įtaką elektrinėms SiC savybėms. Visų pirma, milteliams, naudojamiems SiC kristalams auginti, jų priemaišos tiesiogiai veikia kristalų augimo kokybę. Todėl ypač svarbu pašalinti metalo nešvarumus.
Magnetinio atskyrimo metodas
Magnetinio atskyrimo metu naudojamas metalų magnetizmas ir milteliams taikoma magnetinė jėga, kad metalo priemaišos judėtų ir atsiskirtų nuo SiC miltelių. Jis daugiausia naudojamas geležies-turinčioms priemaišoms ir magnetiniams mineralams pašalinti. Elektromagnetinis geležies šalinimas pasižymi dideliu efektyvumu ir aukštu automatizavimo laipsniu bei atitinka pramoninės gamybos poreikius. Tačiau priemaišoms, kuriose yra mažai geležies arba silpnas magnetizmas, elektromagnetinių priemaišų pašalinimo poveikis nėra idealus.
Aukštos{0}}temperatūros metodas
Aukštos{0}}temperatūros metodas daugiausia naudojasi tuo, kad SiC sunku išgaruoti esant aukštai temperatūrai. Aukštos-temperatūros kalcinavimo metu SiC milteliuose esančios žemos-lydymosi temperatūros- metalinės arba nemetalinės priemaišos pašalinamos išgarintos formos, taip išvalant SiC miltelius. Aukštos -temperatūros metodas yra paplitęs priemaišų šalinimo metodas, šiuo metu tiriamas sintetinant didelio-grynumo SiC miltelius, tačiau šalinant priemaišas reikia kontroliuoti temperatūrą, kad būtų išvengta kiek įmanoma daugiau SiC miltelių praradimo.
Rūgšties plovimo metodas
Rūgščių plovimo metu naudojami rūgštiniai tirpikliai, kurie reaguoja su metalo ir oksidų priemaišomis SiC milteliuose ir susidaro tirpios druskos, kurios vėliau plaunamos vandeniu ir džiovinamos, kad būtų pašalintos priemaišos. Pavyzdžiui, elementinė geležis, geležies oksidai, SiO2 ir kt. SiC milteliuose gali būti pašalinami reaguojant su druskos rūgštimi, sieros rūgštimi, natrio hidroksidu arba vandenilio fluorido rūgštimi.
Rūgštinis plovimas pasižymi dideliu metalinių priemaišų šalinimo efektyvumu, tačiau po plovimo rūgštimi SiC miltelius reikia nuplauti vandeniu iki neutralumo. Šiam žingsniui sunaudojamas didelis kiekis vandens, o nešvarumų šalinimo metu susidarančios įvairios rūgštys sukelia aplinkos problemų.
Chloravimo skrudinimo metodas
Chloruojant skrudinant, kad būtų pašalintos priemaišos, įvedamos specifinės dujos, kurios reaguoja su silicio karbido milteliuose esančiomis priemaišomis, kad susidarytų chloridai ir kitos priemaišos, kurių lydymosi ir virimo temperatūra yra žemesnė, kurios vėliau išgaruoja aukštoje{0}}temperatūros ir žemo{1} slėgio sąlygomis, kad būtų galima išvalyti. Chlorinis skrudinimas turi privalumų, tokių kaip mažos energijos sąnaudos ir didelis priemaišų šalinimo efektyvumas, ir gali būti naudojamas giliai pašalinti jau išgrynintus, santykinai didelio{4}}grynumo miltelius. Tačiau kadangi chloridai labai kenkia valymo įrangai, procesas nėra pakankamai stabilus, o aplinkos tarša yra gana rimta, šį metodą šiuo metu vis dar sunku taikyti dideliu mastu.