सिलिकॉन कार्बाइडचा संक्षिप्त इतिहास आणि सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्जचे अनुप्रयोग

1. SiC चा विकास

1893 मध्ये, एडवर्ड गुडरिक ॲचेसन, SiC चा शोध लावणारा, कार्बन मटेरियल वापरून रेझिस्टर फर्नेसची रचना केली- जिला Acheson फर्नेस म्हणून ओळखले जाते- क्वार्ट्ज आणि कार्बनचे मिश्रण इलेक्ट्रिकली गरम करून सिलिकॉन कार्बाइडचे औद्योगिक उत्पादन सुरू करण्यासाठी. त्यानंतर त्यांनी या शोधाचे पेटंट दाखल केले.

20 व्या शतकाच्या सुरुवातीपासून ते 20 व्या शतकाच्या मध्यापर्यंत, त्याच्या अपवादात्मक कडकपणामुळे आणि पोशाख प्रतिरोधकतेमुळे, सिलिकॉन कार्बाइड प्रामुख्याने पीसणे आणि कापण्यासाठी उपकरणे अपघर्षक म्हणून वापरली जात होती.

च्या आगमनाने 1950 आणि 1960 च्या दशकातरासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) तंत्रज्ञान, युनायटेड स्टेट्समधील बेल लॅब्समधील रुस्तुम रॉय सारख्या शास्त्रज्ञांनी CVD SiC तंत्रज्ञानामध्ये संशोधन केले. त्यांनी SiC वाष्प निक्षेप प्रक्रिया विकसित केली आणि त्याचे गुणधर्म आणि अनुप्रयोगांमध्ये प्राथमिक अन्वेषण केले, ज्याचे पहिले निक्षेप प्राप्त केले.ग्रेफाइट पृष्ठभागांवर SiC कोटिंग्ज. या कामाने SiC कोटिंग मटेरियलच्या CVD तयार करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण पाया घातला.

1963 मध्ये, बेल लॅबचे संशोधक हॉवर्ड वाचटेल आणि जोसेफ वेल्स यांनी सीव्हीडी इनकॉर्पोरेटेडची स्थापना केली, ज्याने SiC आणि इतर सिरॅमिक कोटिंग सामग्रीसाठी रासायनिक वाष्प निक्षेप तंत्रज्ञानाच्या विकासावर लक्ष केंद्रित केले. 1974 मध्ये त्यांनी पहिले औद्योगिक उत्पादन केलेसिलिकॉन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट उत्पादने. या मैलाच्या दगडाने ग्रेफाइट पृष्ठभागांवर सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्जच्या तंत्रज्ञानामध्ये महत्त्वपूर्ण प्रगती दर्शविली, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर, ऑप्टिक्स आणि एरोस्पेस यांसारख्या क्षेत्रात त्यांच्या व्यापक वापरासाठी मार्ग मोकळा झाला.

1970 च्या दशकात, युनियन कार्बाइड कॉर्पोरेशन (आता डाऊ केमिकलची पूर्ण मालकीची उपकंपनी) येथील संशोधकांनी प्रथम अर्ज केला.सिलिकॉन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट बेसगॅलियम नायट्राइड (GaN) सारख्या सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या एपिटॅक्सियल वाढीमध्ये. हे तंत्रज्ञान उच्च-कार्यक्षमतेच्या निर्मितीसाठी महत्त्वपूर्ण होतेGaN-आधारित LEDs(प्रकाश-उत्सर्जक डायोड) आणि लेसर, त्यानंतरच्या कामासाठी पाया घालणेसिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानआणि सेमीकंडक्टर क्षेत्रात सिलिकॉन कार्बाइड मटेरियलच्या वापरात एक महत्त्वपूर्ण मैलाचा दगड ठरत आहे.

1980 च्या दशकापासून ते 21 व्या शतकाच्या सुरुवातीपर्यंत, उत्पादन तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्जच्या औद्योगिक आणि व्यावसायिक अनुप्रयोगांचा एरोस्पेसपासून ऑटोमोटिव्ह, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि विविध औद्योगिक घटकांपर्यंत गंजरोधक कोटिंग्ज म्हणून विस्तार झाला.

21 व्या शतकाच्या सुरुवातीपासून ते आत्तापर्यंत, थर्मल फवारणी, पीव्हीडी आणि नॅनोटेक्नॉलॉजीच्या विकासाने कोटिंग तयार करण्याच्या नवीन पद्धती सुरू केल्या आहेत. संशोधकांनी सामग्रीची कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी नॅनोस्केल सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्ज शोधणे आणि विकसित करणे सुरू केले.

सारांश, साठी तयारी तंत्रज्ञानCVD सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्जगेल्या काही दशकांमध्ये प्रयोगशाळेतील संशोधनातून औद्योगिक उपयोजनांमध्ये संक्रमण झाले आहे, सतत प्रगती आणि प्रगती साधली आहे.

2. SiC क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि ऍप्लिकेशन फील्ड

सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये 200 पेक्षा जास्त पॉलीटाइप आहेत, प्रामुख्याने कार्बन आणि सिलिकॉन अणूंच्या स्टॅकिंग व्यवस्थेवर आधारित तीन मुख्य गटांमध्ये वर्गीकृत केले आहे: क्यूबिक (3C), षटकोनी (H), आणि rhombohedral ®. सामान्य उदाहरणांमध्ये 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC आणि 15R-SiC यांचा समावेश होतो. हे ढोबळपणे दोन प्रमुख प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:

आकृती 1: सिलिकॉन कार्बाइडची क्रिस्टल स्ट्रक्चर

α-SiC:ही उच्च-तापमान स्थिर रचना आणि निसर्गात आढळणारी मूळ रचना प्रकार आहे.

β-SiC:ही कमी-तापमानाची स्थिर रचना आहे, जी सुमारे 1450 डिग्री सेल्सिअस तापमानात सिलिकॉन आणि कार्बनवर प्रतिक्रिया देऊन तयार केली जाऊ शकते. 2100-2400°C दरम्यान तापमानात β-SiC α-SiC मध्ये बदलू शकते.

वेगवेगळ्या SiC पॉलीटाइपचे वेगवेगळे उपयोग आहेत. उदाहरणार्थ, α-SiC मधील 4H-SiC हा उच्च-पॉवर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी योग्य आहे, तर 6H-SiC हा सर्वात स्थिर प्रकार आहे आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरला जातो. β-SiC, RF उपकरणांमध्ये वापरल्याशिवाय, एक पातळ फिल्म आणि उच्च-तापमान, उच्च-पोशाख आणि अत्यंत संक्षारक वातावरणात कोटिंग सामग्री म्हणून देखील महत्त्वपूर्ण आहे, ज्यामुळे संरक्षणात्मक कार्ये प्रदान केली जातात. α-SiC पेक्षा β-SiC चे अनेक फायदे आहेत:

(१)त्याची थर्मल चालकता 120-200 W/m·K च्या दरम्यान आहे, α-SiC च्या 100-140 W/m·K पेक्षा लक्षणीय आहे.

(2) β-SiC उच्च कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोध प्रदर्शित करते.

(३) गंज प्रतिकाराच्या बाबतीत, α-SiC नॉन-ऑक्सिडायझिंग आणि सौम्य अम्लीय वातावरणात चांगली कामगिरी करते, तर β-SiC अधिक आक्रमक ऑक्सिडायझिंग आणि जोरदार अल्कधर्मी परिस्थितीत स्थिर राहते, रासायनिक वातावरणाच्या विस्तृत श्रेणीमध्ये त्याची उत्कृष्ट गंज प्रतिरोधक क्षमता प्रदर्शित करते. .

याव्यतिरिक्त, β-SiC चा थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइटशी जवळून जुळतो, या एकत्रित गुणधर्मांमुळे ते वेफर एपिटॅक्सी उपकरणांमध्ये ग्रेफाइट बेसवरील पृष्ठभागाच्या कोटिंग्जसाठी पसंतीचे साहित्य बनते.

3. SiC कोटिंग्ज आणि तयारी पद्धती

(१) SiC कोटिंग्ज

SiC कोटिंग्स हे β-SiC पासून बनलेले पातळ चित्रपट आहेत, विविध कोटिंग किंवा डिपॉझिशन प्रक्रियेद्वारे सब्सट्रेट पृष्ठभागांवर लागू केले जातात. या कोटिंग्जचा वापर सामान्यत: कडकपणा, पोशाख प्रतिरोध, गंज प्रतिकार, ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि उच्च-तापमान कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी केला जातो. सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्जमध्ये सिरॅमिक्स, धातू, काच आणि प्लॅस्टिक यांसारख्या विविध सब्सट्रेट्समध्ये विस्तृत अनुप्रयोग आहेत आणि ते एरोस्पेस, ऑटोमोटिव्ह उत्पादन, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.

आकृती 2: ग्रेफाइट पृष्ठभागावरील SiC कोटिंगचे क्रॉस-सेक्शनल मायक्रोस्ट्रक्चर

(२)  तयारी पद्धती

SiC कोटिंग्ज तयार करण्याच्या मुख्य पद्धतींमध्ये रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD), भौतिक वाष्प निक्षेप (PVD), फवारणी तंत्र, इलेक्ट्रोकेमिकल डिपॉझिशन आणि स्लरी कोटिंग सिंटरिंग यांचा समावेश होतो.

रासायनिक वाष्प जमा (CVD):

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्ज तयार करण्यासाठी CVD ही सर्वात सामान्यतः वापरली जाणारी एक पद्धत आहे. CVD प्रक्रियेदरम्यान, सिलिकॉन- आणि कार्बन-युक्त पूर्ववर्ती वायू प्रतिक्रिया कक्षेत आणले जातात, जेथे ते सिलिकॉन आणि कार्बन अणू तयार करण्यासाठी उच्च तापमानात विघटित होतात. हे अणू थराच्या पृष्ठभागावर शोषून घेतात आणि सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार करण्यासाठी प्रतिक्रिया देतात. गॅस फ्लो रेट, डिपॉझिशन तापमान, डिपॉझिशन प्रेशर आणि वेळ यासारख्या प्रमुख प्रक्रिया पॅरामीटर्स नियंत्रित करून, कोटिंगची जाडी, स्टॉइचियोमेट्री, धान्य आकार, क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि ओरिएंटेशन विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी अचूकपणे तयार केले जाऊ शकते. या पद्धतीचा आणखी एक फायदा म्हणजे चांगल्या आसंजन आणि भरण्याच्या क्षमतेसह मोठ्या आणि जटिल-आकाराच्या थरांना कोटिंगसाठी उपयुक्तता. तथापि, CVD प्रक्रियेत वापरले जाणारे पूर्ववर्ती आणि उप-उत्पादने बहुतेकदा ज्वलनशील आणि गंजणारी असतात, ज्यामुळे उत्पादनास धोकादायक बनते. याव्यतिरिक्त, कच्च्या मालाचा वापर दर तुलनेने कमी आहे आणि तयारीचा खर्च जास्त आहे.

भौतिक बाष्प निक्षेप (PVD):

PVD मध्ये थर्मल बाष्पीभवन किंवा उच्च व्हॅक्यूम अंतर्गत मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग यांसारख्या भौतिक पद्धतींचा वापर करून उच्च-शुद्धता असलेल्या सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीचे वाष्पीकरण करणे आणि पातळ फिल्म तयार करून त्यांना सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर घनरूप करणे समाविष्ट आहे. ही पद्धत कोटिंगची जाडी आणि रचना यावर अचूक नियंत्रण ठेवण्यास परवानगी देते, कटिंग टूल कोटिंग्स, सिरेमिक कोटिंग्स, ऑप्टिकल कोटिंग्स आणि थर्मल बॅरियर कोटिंग्स यासारख्या उच्च-परिशुद्धता अनुप्रयोगांसाठी योग्य दाट सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग्ज तयार करते. तथापि, जटिल-आकाराच्या घटकांवर एकसमान कव्हरेज प्राप्त करणे, विशेषत: रिसेस किंवा छायांकित भागात, आव्हानात्मक आहे. याव्यतिरिक्त, कोटिंग आणि सब्सट्रेटमधील चिकटपणा अपुरा असू शकतो. महागड्या उच्च-व्हॅक्यूम प्रणाली आणि अचूक नियंत्रण उपकरणांच्या गरजेमुळे PVD उपकरणे महाग आहेत. शिवाय, डिपॉझिशन रेट मंद आहे, परिणामी उत्पादन कार्यक्षमता कमी होते, मोठ्या प्रमाणावर औद्योगिक उत्पादनासाठी ते अयोग्य बनते.

फवारणीचे तंत्र:

यामध्ये सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर द्रव पदार्थांची फवारणी करणे आणि कोटिंग तयार करण्यासाठी विशिष्ट तापमानात ते बरे करणे समाविष्ट आहे. पद्धत सोपी आणि किफायतशीर आहे, परंतु परिणामी कोटिंग्स सामान्यत: सब्सट्रेटला कमकुवत आसंजन, खराब एकसमानता, पातळ कोटिंग्ज आणि कमी ऑक्सिडेशन प्रतिरोध दर्शवितात, अनेकदा कार्यक्षमतेत वाढ करण्यासाठी पूरक पद्धतींची आवश्यकता असते.

इलेक्ट्रोकेमिकल डिपॉझिशन:

सिलिकॉन कार्बाइड सोल्युशनमधून सब्सट्रेट पृष्ठभागावर जमा करण्यासाठी हे तंत्र इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रिया वापरते. इलेक्ट्रोड संभाव्यता आणि पूर्ववर्ती द्रावणाची रचना नियंत्रित करून, एकसमान कोटिंग वाढ मिळवता येते. या पद्धतीने तयार केलेले सिलिकॉन कार्बाइड लेप रासायनिक/जैविक सेन्सर्स, फोटोव्होल्टेइक उपकरणे, लिथियम-आयन बॅटरीसाठी इलेक्ट्रोड साहित्य आणि गंज-प्रतिरोधक कोटिंग्स यासारख्या विशिष्ट क्षेत्रात लागू होतात.

स्लरी कोटिंग आणि सिंटरिंग:

या पद्धतीमध्ये स्लरी तयार करण्यासाठी बाईंडरसह कोटिंग सामग्री मिसळणे समाविष्ट आहे, जे सब्सट्रेट पृष्ठभागावर एकसमानपणे लागू केले जाते. कोरडे झाल्यानंतर, लेपित वर्कपीस उच्च तापमानात अक्रिय वातावरणात सिंटर केले जाते जेणेकरून इच्छित कोटिंग तयार होईल. त्याच्या फायद्यांमध्ये साधे आणि सोपे ऑपरेशन आणि नियंत्रण करण्यायोग्य कोटिंगची जाडी समाविष्ट आहे, परंतु कोटिंग आणि सब्सट्रेटमधील बाँडिंगची ताकद अनेकदा कमकुवत असते. कोटिंग्समध्ये खराब थर्मल शॉक प्रतिरोध, कमी एकसमानता आणि विसंगत प्रक्रिया देखील असतात, ज्यामुळे ते मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अयोग्य बनतात.

एकंदरीत, योग्य सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार करण्याची पद्धत निवडण्यासाठी कार्यप्रदर्शन आवश्यकता, सब्सट्रेट वैशिष्ट्ये आणि अनुप्रयोग परिस्थितीवर आधारित खर्च यांचा सर्वसमावेशक विचार करणे आवश्यक आहे.

4. SiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स

मध्ये SiC-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स महत्त्वपूर्ण आहेतमेटल ऑरगॅनिक केमिकल वाफ डिपॉझिशन (MOCVD) प्रक्रिया, सेमीकंडक्टर, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर भौतिक विज्ञानांच्या क्षेत्रात पातळ फिल्म आणि कोटिंग्ज तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे तंत्र.

आकृती 3

5. MOCVD उपकरणांमध्ये SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेट्सची कार्ये

SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स मेटल ऑरगॅनिक केमिकल वाष्प निक्षेप (MOCVD) प्रक्रियेमध्ये महत्त्वपूर्ण आहेत, हे तंत्र सेमीकंडक्टर, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर भौतिक विज्ञानांच्या क्षेत्रात पातळ फिल्म आणि कोटिंग्ज तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

आकृती 4: Semicorex CVD उपकरणे

सहाय्यक वाहक:MOCVD मध्ये, सेमीकंडक्टर सामग्री वेफर सब्सट्रेट पृष्ठभागावर थराने थर वाढू शकते, विशिष्ट गुणधर्म आणि संरचनांसह पातळ फिल्म बनवू शकते.SiC-लेपित ग्रेफाइट वाहकएक सहाय्यक वाहक म्हणून कार्य करते, साठी एक मजबूत आणि स्थिर व्यासपीठ प्रदान करतेएपिटॅक्सीअर्धसंवाहक पातळ चित्रपटांचे. SiC कोटिंगची उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता आणि रासायनिक जडत्व उच्च-तापमान वातावरणात सब्सट्रेटची स्थिरता राखते, संक्षारक वायूंसह प्रतिक्रिया कमी करते आणि वाढलेल्या सेमीकंडक्टर फिल्म्सची उच्च शुद्धता आणि सुसंगत गुणधर्म आणि संरचना सुनिश्चित करते. उदाहरणांमध्ये MOCVD उपकरणांमध्ये GaN एपिटॅक्सियल ग्रोथसाठी SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स, सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन एपिटॅक्सियल ग्रोथसाठी SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स (फ्लॅट सब्सट्रेट्स, गोल सब्सट्रेट्स, त्रिमितीय सब्सट्रेट्स) आणि SiC-कोटेड ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स यांचा समावेश होतो.SiC epitaxial वाढ.

थर्मल स्थिरता आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध:MOCVD प्रक्रियेमध्ये उच्च-तापमान प्रतिक्रिया आणि ऑक्सिडायझिंग वायूंचा समावेश असू शकतो. SiC कोटिंग ग्रेफाइट सब्सट्रेटसाठी अतिरिक्त थर्मल स्थिरता आणि ऑक्सिडेशन संरक्षण प्रदान करते, उच्च-तापमान वातावरणात अपयश किंवा ऑक्सिडेशन प्रतिबंधित करते. पातळ फिल्मच्या वाढीचे सातत्य नियंत्रित आणि राखण्यासाठी हे महत्त्वपूर्ण आहे.

मटेरियल इंटरफेस आणि पृष्ठभाग गुणधर्म नियंत्रण:SiC कोटिंग फिल्म आणि सब्सट्रेटमधील परस्परसंवादांवर प्रभाव टाकू शकते, ज्यामुळे वाढीच्या पद्धती, जाळी जुळणे आणि इंटरफेस गुणवत्ता प्रभावित होते. SiC कोटिंगचे गुणधर्म समायोजित करून, अधिक अचूक सामग्रीची वाढ आणि इंटरफेस नियंत्रण मिळवता येते, ज्यामुळे कार्यप्रदर्शन सुधारते.एपिटॅक्सियल चित्रपट.

अशुद्धता कमी करणे:SiC कोटिंग्सची उच्च शुद्धता ग्रेफाइट सब्सट्रेट्समधून होणारी अशुद्धता कमी करू शकते, याची खात्री करूनवाढलेले एपिटॅक्सियल चित्रपटआवश्यक उच्च शुद्धता आहे. सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या कार्यक्षमतेसाठी आणि विश्वासार्हतेसाठी हे महत्त्वाचे आहे.

आकृती 5: सेमिकोरेक्सSiC-कोटेड ग्रेफाइट रिसेप्टरEpitaxy मध्ये वेफर वाहक म्हणून

सारांश,SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्सMOCVD प्रक्रियेमध्ये उत्तम आधार समर्थन, थर्मल स्थिरता आणि इंटरफेस नियंत्रण प्रदान करते, वाढीस प्रोत्साहन देते आणि उच्च-गुणवत्तेची तयारी करतेएपिटॅक्सियल चित्रपट.

6. निष्कर्ष आणि आउटलुक

सध्या, चीनमधील संशोधन संस्था उत्पादन प्रक्रिया सुधारण्यासाठी समर्पित आहेतसिलिकॉन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट ससेप्टर्स, कोटिंगची शुद्धता आणि एकरूपता वाढवणे आणि उत्पादन खर्च कमी करताना SiC कोटिंग्सची गुणवत्ता आणि आयुर्मान वाढवणे. त्याच बरोबर, ते उत्पादन कार्यक्षमता आणि उत्पादनाची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी सिलिकॉन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्ससाठी बुद्धिमान उत्पादन प्रक्रिया साध्य करण्याचे मार्ग शोधत आहेत. च्या औद्योगिकीकरणात उद्योग गुंतवणुकीत वाढ करत आहेतसिलिकॉन कार्बाइड-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स, बाजारातील मागणी पूर्ण करण्यासाठी उत्पादन प्रमाण आणि उत्पादनाची गुणवत्ता वाढवणे. अलीकडे, संशोधन संस्था आणि उद्योग सक्रियपणे नवीन कोटिंग तंत्रज्ञानाचा शोध घेत आहेत, जसे कीग्रेफाइट ससेप्टर्सवर टीएसी कोटिंग्ज, थर्मल चालकता आणि गंज प्रतिकार सुधारण्यासाठी.**

Semicorex CVD SiC-कोटेड सामग्रीसाठी उच्च-गुणवत्तेचे घटक ऑफर करते. आपल्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

संपर्क फोन # +86-13567891907

ईमेल: sales@semicorex.com