تاریخچه کاربید سیلیکون و کاربرد پوشش کاربید سیلیکون

توسعه و کاربردهای سیلیکون کاربید (SiC)

1. یک قرن نوآوری در SiC
سفر کاربید سیلیکون (SiC) در سال 1893 آغاز شد، زمانی که ادوارد گودریچ آچسون کوره آچسون را طراحی کرد و از مواد کربنی برای دستیابی به تولید صنعتی SiC از طریق گرمایش الکتریکی کوارتز و کربن استفاده کرد. این اختراع آغاز صنعتی شدن SiC بود و حق اختراع آچسون را به دست آورد.

در اوایل قرن بیستم، SiC به دلیل سختی قابل توجه و مقاومت در برابر سایش، عمدتاً به عنوان یک ساینده استفاده می شد. در اواسط قرن بیستم، پیشرفت‌ها در فناوری رسوب بخار شیمیایی (CVD) امکان‌های جدیدی را باز کرد. محققان آزمایشگاه بل، به رهبری Rustum Roy، زمینه را برای CVD SiC ایجاد کردند و به اولین پوشش‌های SiC روی سطوح گرافیت دست یافتند.

در دهه 1970 زمانی که شرکت یونیون کاربید از گرافیت پوشش داده شده با SiC در رشد همپایی مواد نیمه هادی نیترید گالیوم (GaN) استفاده کرد، یک پیشرفت بزرگ مشاهده شد. این پیشرفت در LEDها و لیزرهای مبتنی بر GaN با کارایی بالا نقش اساسی داشت. در طول دهه‌ها، پوشش‌های SiC به لطف پیشرفت در تکنیک‌های تولید، فراتر از نیمه‌رساناها و کاربردهایی در صنایع هوافضا، خودرو و الکترونیک قدرت گسترش یافته‌اند.

امروزه، نوآوری‌هایی مانند پاشش حرارتی، PVD و فناوری نانو، عملکرد و کاربرد پوشش‌های SiC را بیشتر افزایش می‌دهند و پتانسیل آن را در زمینه‌های پیشرفته به نمایش می‌گذارند.

2. درک ساختارهای کریستالی و کاربردهای SiC
SiC دارای بیش از 200 پلی تیپ است که بر اساس آرایش اتمی آنها به ساختارهای مکعبی (3C)، شش ضلعی (H) و رومبوهدرال (R) طبقه بندی می شوند. در این میان، 4H-SiC و 6H-SiC به ترتیب در دستگاه های پرقدرت و اپتوالکترونیک به طور گسترده ای استفاده می شوند، در حالی که β-SiC به دلیل هدایت حرارتی برتر، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی ارزش دارد.

β-SiCخواص منحصر به فرد، مانند هدایت حرارتی120-200 W/m·Kو ضریب انبساط حرارتی که با گرافیت مطابقت دارد، آن را به ماده ترجیحی برای پوشش‌های سطحی در تجهیزات اپیتاکسی ویفر تبدیل می‌کند.

3. پوشش های SiC: خواص و تکنیک های آماده سازی
پوشش‌های SiC، معمولاً β-SiC، به طور گسترده برای افزایش خواص سطحی مانند سختی، مقاومت در برابر سایش و پایداری حرارتی استفاده می‌شوند. روش های متداول تهیه عبارتند از:

• رسوب بخار شیمیایی (CVD):پوشش هایی با کیفیت بالا با چسبندگی و یکنواختی عالی ارائه می دهد که برای زیرلایه های بزرگ و پیچیده ایده آل است.
• رسوب بخار فیزیکی (PVD):کنترل دقیق ترکیب پوشش را ارائه می دهد، مناسب برای کاربردهای با دقت بالا.
• تکنیک های پاشش، رسوب الکتروشیمیایی، و پوشش دوغاب: به عنوان جایگزین های مقرون به صرفه برای کاربردهای خاص، هرچند با محدودیت های متفاوت در چسبندگی و یکنواختی، خدمت می کنند.

هر روش بر اساس ویژگی های بستر و الزامات کاربردی انتخاب می شود.

4. گیرنده های گرافیتی با پوشش SiC در MOCVD
گیرنده های گرافیتی با پوشش SiC در رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD)، یک فرآیند کلیدی در تولید مواد نیمه هادی و نوری، ضروری هستند.

این سوسپتورها پشتیبانی قوی برای رشد فیلم همپایی، تضمین پایداری حرارتی و کاهش آلودگی ناخالصی فراهم می‌کنند. پوشش SiC همچنین مقاومت در برابر اکسیداسیون، خواص سطح و کیفیت رابط را افزایش می دهد و کنترل دقیق را در طول رشد فیلم امکان پذیر می کند.

5. پیشروی به سوی آینده
در سال های اخیر، تلاش های قابل توجهی در جهت بهبود فرآیندهای تولید بسترهای گرافیتی با پوشش SiC صورت گرفته است. محققان بر روی افزایش خلوص، یکنواختی و طول عمر پوشش و در عین حال کاهش هزینه ها تمرکز دارند. علاوه بر این، اکتشاف مواد نوآورانه مانندپوشش های کاربید تانتالیوم (TaC)بهبودهای بالقوه ای را در هدایت حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی ارائه می دهد و راه را برای راه حل های نسل بعدی هموار می کند.

از آنجایی که تقاضا برای گیرنده‌های گرافیت با پوشش SiC همچنان در حال رشد است، پیشرفت‌ها در تولید هوشمند و تولید در مقیاس صنعتی بیشتر از توسعه محصولات با کیفیت بالا برای رفع نیازهای در حال تحول صنایع نیمه‌رسانا و اپتوالکترونیک حمایت می‌کند.