Silicio karbido medžiagos turi tokių privalumų kaip platus pralaidumas, didelis suskaidymo lauko stiprumas, greitas nešiklio mobilumas ir didelis šilumos laidumas. Dviejų tipų gaminiai, -pusiau-izoliuojantys ir laidūs-, gali patenkinti RD įrenginių ir galios elektroninių prietaisų gamybos poreikius ir yra plačiai naudojami 5G ryšiuose, radarų elektronikoje, naujose energetinėse transporto priemonėse, energijos kaupime ir kitose srityse, turinčios įtakos šalies gynybos saugumui ir ekonomikos plėtrai. Silicio karbido substratai su nepriklausomu valdymu, kaip strateginė medžiaga, yra labai svarbūs užtikrinant pagrindinių nacionalinių pramonės grandinių ir pagrindinių užduočių įgyvendinimą, taip pat yra nacionalinės ekonomikos plėtros pagrindas.
Silicio karbido milteliai yra pagrindinė žaliava silicio karbido substratams auginti. Šiuo metu pramonė daugiausia taiko fizinio garų transportavimo (PVT) metodą, kad silicio karbido milteliai sintetinami į silicio karbido monokristalinius luitus, o vėliau apvalinant, pjaustant, šlifuojant, poliruojant ir valant gaunami silicio karbido monokristaliniai substratai, kurių paviršiaus šiurkštumas yra mažesnis nei 0 nm. Silicio karbido milteliai pagal naudojimą skirstomi į didelio -grynumo silicio karbido miltelius ir azotu{6}} legiruotus silicio karbido miltelius. Didelio -grynumo silicio karbido milteliai daugiausia naudojami pusiau -izoliuojantiems silicio karbido substratams gaminti. Pusiau{11}}izoliaciniai substratai turi santykinai didelę varžą ir dažniausiai naudojami mikrobangų RF įrenginiams gaminti, kurie yra pagrindiniai belaidžio ryšio komponentai. Azoto -legiruoti silicio karbido milteliai daugiausia naudojami laidžių silicio karbido substratams gaminti. Laidūs substratai turi santykinai mažą varžą. Silicio karbido epitaksinės plokštelės, išaugintos iš laidžių silicio karbido substratų, gali būti toliau naudojamos energijos įrenginiams gaminti ir yra plačiai naudojamos naujose energijos transporto priemonėse, fotovoltikoje, išmaniuosiuose tinkluose, geležinkelio tranzito ir kitose srityse.
Silicio karbido milteliai paprastai gaminami reaguojant anglies milteliams ir silicio milteliams santykiu 1:1 aukštoje 2000 laipsnių temperatūroje, kad susidarytų silicio karbido milteliai. Defektų laipsnis silicio karbido luitų augimo metu labai priklauso nuo silicio karbido miltelių. Todėl silicio karbido milteliai turi didelę įtaką kristalų ir substratų kokybei, įskaitant dalelių dydį, priemaišas, miltelių kristalų formą ir azoto kiekį silicio karbido milteliuose. Be to, dalelių dydis turi įtakos kristalizacijos greičiui ir kokybei, o priemaišų elementų kiekis turi didelę įtaką silicio karbido elektrinėms savybėms.
01
Miltelių dalelių dydžio poveikis kristalams
Silicio karbido miltelių dalelių dydis tiesiogiai veikia silicio ir anglies komponento molinį santykį dujų fazėje, todėl paveikiamas vieno -kristalo augimas. Bendras slėgis ir augimo sistemos silicio -su anglies{3}} santykis didėja mažėjant dalelių dydžiui. Kai dalelių dydis sumažėja nuo 2–3 mm iki 0,06 mm, silicio - ir -anglies santykis padidėja nuo 1,3 iki 4,0. Kai dalelės tam tikru mastu tampa mažos, Si dalinis slėgis padidėja, o ant augančio kristalo paviršiaus susidaro Si plėvelė, skatinanti garų -skysčių- augimą, veikianti kristalų politipus, taškų defektus ir linijų defektus bei kristalų kokybės kontrolę.
Be to, kai silicio karbido miltelių dalelių dydis yra palyginti mažas, milteliai gana greitai suyra, todėl silicio karbido monokristalų augimo greitis yra per greitas. Viena vertus, aukštos -temperatūrinės SiC pavienio{{2}kristalo augimo aplinkoje sintezės ir skilimo procesai vyksta vienu metu. Silicio karbido milteliai suirs ir sudarys dujų fazes, tokias kaip Si, Si2C ir SiC2, taip pat kietosios -fazės anglį, dėl to polikristaliniai milteliai gana stipriai karbonizuojasi ir kristale susidaro anglies intarpai. Kita vertus, kai miltelių skilimo greitis yra gana greitas, augančio SiC monokristalo kristalinė struktūra gali keistis, todėl sunku kontroliuoti išaugintų SiC monokristalų kokybę.
02
Priemaišų poveikis kristalams
Priemaišų kiekis silicio karbido milteliuose veikia spontanišką branduolių susidarymą kristalų augimo metu. Kuo didesnis priemaišų kiekis, tuo mažesnė spontaniško kristalo branduolio susidarymo galimybė. Pagrindinės metalo priemaišos yra B, Al, V ir Ni. Be to, B ir Al yra pagrindinės negilaus -lygio akceptoriaus priemaišos SiC, dėl kurių sumažėja silicio karbido savitoji varža. Dėl kitų metalų priemaišų atsiranda daug energijos lygių, todėl silicio karbido monokristalų elektrinės savybės aukštoje temperatūroje yra nestabilios ir turi santykinai didelį poveikį didelio -grynumo pusiau -vieno kristalo pagrindo elektrinėms savybėms, ypač varžai.
03
Miltelių kristalų formos poveikis kristalams
SiC pavienių kristalų PVT augimas yra sublimacijos{0}}rekristalizavimo procesas, atliekamas aukštoje temperatūroje. SiC žaliavos kristalinė forma turi didelę įtaką kristalų augimui. Miltelių sintezės metu daugiausia susidaro žemos -temperatūros sintezės fazė su kubinės vienetinės ląstelės struktūra (-SiC) ir aukštos- temperatūros sintezės fazė su šešiakampe vienetinės ląstelės struktūra (-SiC). Silicio karbidas turi daug kristalų formų, o temperatūros reguliavimo diapazonas yra gana siauras. Pavyzdžiui, 3C-SiC virs 1900 laipsnių šešiakampiais silicio karbido politipais, būtent 4H/6H-SiC.
Kai kristalams auginti naudojami -SiC milteliai, silicio -ir -anglies molinis santykis yra didesnis nei 5,5, o kai -SiC milteliai naudojami kristalams auginti, silicio- ir-anglies.2 molinis santykis yra 1,2 Kai temperatūra pakyla, tiglyje vyksta fazinė transformacija. Šiuo metu molinis santykis dujų fazėje tampa didesnis, o tai nepalanku kristalų augimui. Be to, vykstant fazės transformacijos procesui, lengvai susidaro kitos dujų fazės priemaišos, įskaitant anglį, silicį, silicio dioksidą ir kt. Dėl šių priemaišų kristale atsiranda defektų, pvz., mikrovamzdžių ir tuštumų. Todėl miltelių kristalinė forma turi būti tiksliai kontroliuojama.
04
Azoto kiekio milteliuose poveikis kristalams
Azoto kiekio lygis lemia vieno -kristalinio substrato varžą. Pagrindiniai gamintojai turi koreguoti azoto dopingo koncentraciją susintetintuose milteliuose pagal subrendusių kristalų augimo procesus miltelių sintezės metu. Aukšto-grynumo pusiau-izoliaciniai silicio karbido vieno{5}kristaliniai substratai yra perspektyviausios medžiagos kariniams pagrindiniams elektroniniams komponentams gaminti. Norint išauginti aukšto -grynumo pusiau -izoliacinius vienkristalinius pagrindus, pasižyminčius didele varža ir puikiomis elektrinėmis savybėmis, pagrindinės priemaišos azoto kiekis substrate turi būti kontroliuojamas palyginti žemu lygiu. Laidiems vienkristaliniams substratams reikia, kad azoto kiekis būtų kontroliuojamas esant santykinai didelei koncentracijai.