Aplicación de materiales de campo térmico a base de carbono en el crecimiento de cristal de carburo de silicio

Ⅰ. Introducción a los materiales de SiC:

1. Descripción general de las propiedades del material:

Elsemiconductor de tercera generaciónSe llama semiconductor compuesto y su ancho de banda prohibida es de aproximadamente 3,2 eV, que es tres veces el ancho de banda prohibida de los materiales semiconductores a base de silicio (1,12 eV para materiales semiconductores a base de silicio), por lo que también se denomina semiconductor de banda prohibida amplia. Los dispositivos semiconductores basados ​​en silicio tienen límites físicos que son difíciles de superar en algunos escenarios de aplicaciones de alta temperatura, alta presión y alta frecuencia. Ajustar la estructura del dispositivo ya no puede satisfacer las necesidades, y los materiales semiconductores de tercera generación representados por SiC yAmboshan surgido.

2. Aplicación de dispositivos SIC:

Según su rendimiento especial, los dispositivos SIC reemplazarán gradualmente a base de silicio en el campo de alta temperatura, alta presión y alta frecuencia, y desempeñarán un papel importante en las comunicaciones 5G, el radar de microondas, los aeroespaciales, los nuevos vehículos de energía, el transporte ferroviario, el inteligente cuadrículas y otros campos.

3. Método de preparación:

(1)Transporte físico de vapor (PVT): La temperatura de crecimiento es de aproximadamente 2100 ~ 2400 ℃. Las ventajas son una tecnología madura, un bajo costo de fabricación y una mejora continua de la calidad y el rendimiento del cristal. Las desventajas son que es difícil suministrar materiales continuamente y es difícil controlar la proporción de componentes en fase gaseosa. Actualmente es difícil obtener cristales de tipo P.

(2)Método de solución de semilla superior (TSSG): La temperatura de crecimiento es de aproximadamente 2200 ℃. Las ventajas son la baja temperatura de crecimiento, el bajo estrés, pocos defectos de dislocación, dopaje de tipo P, 3Ccrecimiento cristalinoy fácil expansión del diámetro. Sin embargo, todavía existen defectos de inclusión de metal y el suministro continuo de fuente de Si/C es deficiente.

(3)Deposición química de vapor a alta temperatura (HTCVD): La temperatura de crecimiento es de aproximadamente 1600 ~ 1900 ℃. Las ventajas son el suministro continuo de materias primas, el control preciso de la relación Si/C, la alta pureza y el cómodo dopaje. Las desventajas son el alto costo de las materias primas gaseosas, la gran dificultad en el tratamiento técnico de los gases de escape del campo térmico, los altos defectos y la baja madurez técnica.

Ⅱ. Clasificación funcional decampo térmicomateriales

1. Sistema de aislamiento:

Función: Construya el gradiente de temperatura requerido paracrecimiento cristalino

Requisitos: conductividad térmica, conductividad eléctrica, pureza de sistemas de materiales aislantes de alta temperatura por encima de 2000 ℃

2. Crisolsistema:

Función: 

① Componentes de calefacción; 

② Contenedor de crecimiento

Requisitos: resistividad, conductividad térmica, coeficiente de expansión térmica, pureza.

3. revestimiento de TaCcomponentes:

Función: Inhibir la corrosión del grafito base por Si e inhibir las inclusiones de C.

Requisitos: densidad de recubrimiento, espesor de recubrimiento, pureza

4. Grafito porosocomponentes:

Función: 

① Filtrar componentes de partículas de carbón; 

② Suplemento Fuente de carbono

Requisitos: transmitancia, conductividad térmica, pureza

Ⅲ. Solución de sistema de campo térmico

Sistema de aislamiento:

El cilindro interior con aislamiento de carbono/compuesto de carbono tiene una alta densidad superficial, resistencia a la corrosión y buena resistencia al choque térmico. Puede reducir la corrosión del silicio que se filtra desde el crisol al material aislante lateral, asegurando así la estabilidad del campo térmico.

Componentes funcionales:

(1)Tantalum carburo recubiertocomponentes

(2)Grafito porosocomponentes

(3)Compuesto de carbono/carbonocomponentes del campo térmico