Silisyum Karbürün (SiC) Geliştirilmesi ve Uygulamaları
1. SiC'de Yüzyıllık Yenilik
Silisyum karbürün (SiC) yolculuğu 1893 yılında Edward Goodrich Acheson'un kuvars ve karbonun elektrikle ısıtılması yoluyla endüstriyel SiC üretimini gerçekleştirmek için karbon malzemeleri kullanan Acheson fırınını tasarlamasıyla başladı. Bu buluş SiC'nin sanayileşmesinin başlangıcı oldu ve Acheson'a patent kazandırdı.
20. yüzyılın başlarında SiC, olağanüstü sertliği ve aşınma direnci nedeniyle öncelikle aşındırıcı olarak kullanıldı. 20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, kimyasal buhar biriktirme (CVD) teknolojisindeki gelişmeler yeni olanakların kapısını açtı. Bell Laboratuvarları'ndaki Rustum Roy liderliğindeki araştırmacılar, CVD SiC'nin temelini atarak grafit yüzeylerde ilk SiC kaplamayı gerçekleştirdi.
1970'lerde Union Carbide Corporation, galyum nitrür (GaN) yarı iletken malzemelerin epitaksiyel büyümesinde SiC kaplı grafiti uyguladığında büyük bir atılım gördü. Bu ilerleme, yüksek performanslı GaN tabanlı LED'ler ve lazerlerde çok önemli bir rol oynadı. On yıllar boyunca SiC kaplamalar, üretim tekniklerindeki gelişmeler sayesinde yarı iletkenlerin ötesinde havacılık, otomotiv ve güç elektroniği uygulamalarına kadar genişledi.
Günümüzde termal püskürtme, PVD ve nanoteknoloji gibi yenilikler SiC kaplamaların performansını ve uygulamasını daha da geliştirerek en ileri alanlardaki potansiyelini ortaya koyuyor.
2. SiC'nin Kristal Yapılarını ve Kullanımlarını Anlamak
SiC, atomik düzenlemelerine göre kübik (3C), altıgen (H) ve eşkenar dörtgen (R) yapılara kategorize edilen 200'den fazla politipe sahiptir. Bunlar arasında 4H-SiC ve 6H-SiC sırasıyla yüksek güçlü ve optoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılırken, β-SiC üstün termal iletkenliği, aşınma direnci ve korozyon direnci nedeniyle değerlidir.
β-SiC'lertermal iletkenlik gibi benzersiz özellikler120-200 W/m·Kve grafitle yakından eşleşen termal genleşme katsayısı, onu levha epitaksi ekipmanındaki yüzey kaplamaları için tercih edilen malzeme haline getiriyor.
3. SiC Kaplamalar: Özellikleri ve Hazırlama Teknikleri
Tipik olarak β-SiC olan SiC kaplamalar, sertlik, aşınma direnci ve termal stabilite gibi yüzey özelliklerini geliştirmek için yaygın olarak uygulanır. Yaygın hazırlama yöntemleri şunları içerir:
- Kimyasal Buhar Birikimi (CVD):Büyük ve karmaşık yüzeyler için ideal, mükemmel yapışma ve homojenliğe sahip yüksek kaliteli kaplamalar sağlar.
- Fiziksel Buhar Birikimi (PVD):Yüksek hassasiyetli uygulamalara uygun, kaplama bileşimi üzerinde hassas kontrol sunar.
- Püskürtme Teknikleri, Elektrokimyasal Biriktirme ve Bulamaç Kaplama: Yapışma ve tekdüzelik açısından değişen sınırlamalara rağmen, belirli uygulamalar için uygun maliyetli alternatifler olarak hizmet verir.
Her yöntem, alt tabaka özelliklerine ve uygulama gereksinimlerine göre seçilir.
4. MOCVD'de SiC Kaplı Grafit Süseptörler
SiC kaplı grafit tutucular, yarı iletken ve optoelektronik malzeme üretiminde önemli bir süreç olan Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme'de (MOCVD) vazgeçilmezdir.
Bu suseptörler, epitaksiyel film büyümesi için sağlam destek sağlayarak termal stabilite sağlar ve safsızlık kontaminasyonunu azaltır. SiC kaplama ayrıca oksidasyon direncini, yüzey özelliklerini ve arayüz kalitesini artırarak film büyümesi sırasında hassas kontrol sağlar.
5. Geleceğe Doğru İlerlemek
Son yıllarda SiC kaplı grafit substratların üretim proseslerinin iyileştirilmesine yönelik önemli çabalar sarf edilmiştir. Araştırmacılar maliyetleri azaltırken kaplama saflığını, tekdüzeliğini ve ömrünü artırmaya odaklanıyorlar. Ek olarak, yenilikçi malzemelerin araştırılmasıtantal karbür (TaC) kaplamalartermal iletkenlik ve korozyon direncinde potansiyel iyileştirmeler sunarak yeni nesil çözümlerin önünü açıyor.
SiC kaplı grafit tutuculara olan talep artmaya devam ederken, akıllı üretim ve endüstriyel ölçekli üretimdeki gelişmeler, yarı iletken ve optoelektronik endüstrilerinin gelişen ihtiyaçlarını karşılamak için yüksek kaliteli ürünlerin geliştirilmesini daha da destekleyecektir.
Gönderim zamanı: 24 Kasım 2023