Desenvolupament i aplicacions del carbur de silici (SiC)
1. Un segle d'innovació en SiC
El viatge del carbur de silici (SiC) va començar l'any 1893, quan Edward Goodrich Acheson va dissenyar el forn Acheson, utilitzant materials de carboni per aconseguir la producció industrial de SiC mitjançant l'escalfament elèctric de quars i carboni. Aquest invent va marcar l'inici de la industrialització de SiC i va fer que Acheson obtingués una patent.
A principis del segle XX, el SiC s'utilitzava principalment com a abrasiu a causa de la seva notable duresa i resistència al desgast. A mitjans del segle XX, els avenços en la tecnologia de deposició de vapor químic (CVD) van obrir noves possibilitats. Els investigadors de Bell Labs, dirigits per Rustum Roy, van establir les bases per a CVD SiC, aconseguint els primers recobriments de SiC sobre superfícies de grafit.
La dècada de 1970 va veure un gran avenç quan Union Carbide Corporation va aplicar grafit recobert de SiC en el creixement epitaxial de materials semiconductors de nitrur de gal·li (GaN). Aquest avenç va tenir un paper fonamental en els làsers i LED d'alt rendiment basats en GaN. Al llarg de les dècades, els recobriments de SiC s'han expandit més enllà dels semiconductors a aplicacions en aeroespacial, automoció i electrònica de potència, gràcies a les millores en les tècniques de fabricació.
Avui dia, innovacions com la polvorització tèrmica, el PVD i la nanotecnologia estan millorant encara més el rendiment i l'aplicació dels recobriments de SiC, mostrant el seu potencial en camps d'avantguarda.
2. Entendre les estructures cristal·lines i els usos de SiC
SiC compta amb més de 200 politips, classificats per la seva disposició atòmica en estructures cúbiques (3C), hexagonals (H) i romboèdriques (R). Entre aquests, 4H-SiC i 6H-SiC s'utilitzen àmpliament en dispositius d'alta potència i optoelectrònics, respectivament, mentre que β-SiC es valora per la seva conductivitat tèrmica superior, resistència al desgast i resistència a la corrosió.
β-SiCpropietats úniques, com ara una conductivitat tèrmica de120-200 W/m·Ki un coeficient d'expansió tèrmica que coincideix molt amb el grafit, el converteixen en el material preferit per a recobriments superficials en equips d'epitaxi d'hòsties.
3. Recobriments SiC: Propietats i Tècniques de Preparació
Els recobriments de SiC, normalment β-SiC, s'apliquen àmpliament per millorar les propietats de la superfície com la duresa, la resistència al desgast i l'estabilitat tèrmica. Els mètodes habituals de preparació inclouen:
- Deposició de vapor químic (CVD):Proporciona recobriments d'alta qualitat amb una excel·lent adherència i uniformitat, ideals per a substrats grans i complexos.
- Deposició física de vapor (PVD):Ofereix un control precís sobre la composició del recobriment, adequat per a aplicacions d'alta precisió.
- Tècniques de polvorització, deposició electroquímica i recobriment de purins: Servir com a alternatives rendibles per a aplicacions específiques, encara que amb diferents limitacions d'adhesió i uniformitat.
Cada mètode s'escull en funció de les característiques del substrat i dels requisits d'aplicació.
4. Susceptors de grafit recoberts de SiC en MOCVD
Els susceptors de grafit recoberts de SiC són indispensables en la deposició de vapor químic orgànic metàl·lic (MOCVD), un procés clau en la fabricació de materials semiconductors i optoelectrònics.
Aquests susceptors proporcionen un suport robust per al creixement de la pel·lícula epitaxial, assegurant l'estabilitat tèrmica i reduint la contaminació per impureses. El recobriment de SiC també millora la resistència a l'oxidació, les propietats superficials i la qualitat de la interfície, permetent un control precís durant el creixement de la pel·lícula.
5. Avançar cap al futur
En els darrers anys, s'han dirigit esforços importants a millorar els processos de producció de substrats de grafit recoberts de SiC. Els investigadors es centren a millorar la puresa, la uniformitat i la vida útil del recobriment alhora que redueixen els costos. A més, l'exploració de materials innovadors comrecobriments de carbur de tàntal (TaC).ofereix millores potencials en la conductivitat tèrmica i la resistència a la corrosió, obrint el camí per a solucions de nova generació.
A mesura que la demanda de susceptors de grafit recoberts de SiC continua creixent, els avenços en la fabricació intel·ligent i la producció a escala industrial donaran suport encara més al desenvolupament de productes d'alta qualitat per satisfer les necessitats en evolució de les indústries de semiconductors i optoelectrònica.
Hora de publicació: 24-nov-2023