1. Материалдық резиденциялар және құрылымдық тұтастық
1.1 Кремний карбидінің өзіндік ерекшеліктері
(Кремний карбидті тигельдер)
Кремний карбиді (SiC) - тетраэдрлік торлы шеңберде орналасқан кремний мен көміртек атомдарынан тұратын ковалентті керамикалық зат, негізінен астам бар 250 политиптік түрлері, 6H, 4Х, және 3С ең қолайлыларының бірі болып табылады.
Оның қатты бағытталған байланысы ерекше қаттылық береді (Mohs ~ 9.5), жоғары жылу өткізгіштік (80– 120 В/(м · Қ )таза жалғыз кристалдар үшін), және әсерлі химиялық инерттілік, оны ауыр атмосфераға арналған ең берік материалдардың біріне айналдырады.
Үлкен жолақ (2.9– 3.3 eV) бөлме температурасы деңгейінде ерекше электр оқшаулауын және радиациялық зақымдарға жоғары төзімділікті қамтамасыз етеді, сонымен бірге оның жылулық өсу коэффициенті төмендейді (~ 4.0 × 10 ⁻⁶/ Қ) ерекше термиялық соққыға төзімділікке ықпал етеді.
Бұл ішкі қасиеттер одан жоғары температурада да сақталады 1600 ° C, SiC еріген болаттардың ұзақ уақыт бойы тікелей әсер етуі кезінде архитектуралық тұтастықты сақтауға мүмкіндік береді., мейірімді, және реактивті газдар.
Глинозем сияқты оксидті фарфордан айырмашылығы, SiC атмосфераны азайту үшін көміртегімен немесе төмен балқитын эвтектикамен оңай жауап бермейді., металлургиялық және жартылай өткізгіштерді өңдеудегі маңызды артықшылық.
Тигельдерге жасалған кезде– қосу және жылыту материалдары үшін жасалған ыдыстар– SiC кварц сияқты дәстүрлі материалдардан асып түседі, графит, және глинозем өмір сүру ұзақтығы мен процестің тұтастығында.
1.2 Микроқұрылым және механикалық қауіпсіздік
SiC тигельдерінің өнімділігі олардың микроқұрылымына мұқият байланысты, ол өндіріс әдісіне және қолданылатын агломерациялық ингредиенттерге негізделген.
Отқа төзімді сортты тигельдер әдетте реакциялық байланыстыру арқылы шығарылады, онда кеуекті көміртекті преформалар сұйытылған кремниймен енеді, Si реакциясы арқылы β-SiC түзеді(л) + C(с) → SiC(с).
Бұл процесс қалдық шығынсыз кремнийі бар бастапқы SiC композициялық құрылымын жасайды (5– 10%), бұл жылу өткізгіштігін арттырады, бірақ пайдалануды шектей алады 1414 ° C(кремнийдің балқу факторы).
Керісінше, толығымен агломерленген SiC тигельдері бор мен көміртекті немесе алюминий тотығы иттрий қоспаларын пайдалана отырып, қатты күйдегі немесе сұйық фазалық агломерация арқылы жасалады., жақын теориялық тығыздыққа және үлкен тазалыққа қол жеткізу.
Олар жоғары сусымалыға төзімділік пен тотығу қауіпсіздігін көрсетеді, бірақ үлкен өлшемдерде жасау қымбатырақ және қиын..
( Кремний карбидті тигельдер)
Ұсақ түйіршікті, агломерацияланған SiC микроқұрылымы термиялық сарқылуға және механикалық ыдырауға ерекше төзімділікті қамтамасыз етеді., сұйытылған кремниймен жұмыс істегенде өте маңызды, германий, немесе кристалды дамыту процедураларында III-V қосылыстар.
Астық шекарасының дизайны, оның ішінде екінші кезеңдерді және кеуектілікті бақылау, циклдік қыздыру және агрессивті химиялық ортада тұрақты беріктікті орнатуда маңызды функцияны атқарады..
2. Жылу өнімділігі және қоршаған ортаға төзімділік
2.1 Жылу өткізгіштік және жылы таралу
SiC тигельдерінің айқындаушы артықшылықтарының бірі олардың жоғары жылу өткізгіштігі болып табылады, бұл жоғары температураны өңдеу кезінде жылдам және біркелкі жылы тасымалдауға мүмкіндік береді.
Интегралды кремний тотығы сияқты өткізгіштігі төмен өнімдерге қарағанда (1– 2 В/(м · Қ)), SiC жылу энергиясын тигель қабырғасына тиімді түрде таратады, локализацияланған ыстық нүктелер мен термиялық градиенттерді азайту.
Бұл үйлесімділік фотоэлектр үшін көп кристалды кремнийдің бағытты қатаюы сияқты процестерде қажет., мұнда температура деңгейінің біркелкілігі кристалдың жоғары сапасы мен ақау қалыңдығына тікелей әсер етеді.
Жоғары өткізгіштік пен төмендетілген жылу кеңеюінің араласуы ерекше жоғары термиялық соққы критерийін тудырады (R = k(1 - n)а/ б), SiC тигельдерін үйді жылдам жылыту немесе салқындату циклдері бойына крекингке төзімді ету.
Бұл жылыту жүйесінің жылдамдығын арттыруға мүмкіндік береді, жақсартылған өткізу қабілеті, және тигельдің істен шығуы нәтижесінде тоқтау уақыты қысқарды.
Оның үстіне, Материалдың айтарлықтай бұзылмай қайталанатын термиялық велосипедке төтеп беру қабілеті оны жоғарыда жұмыс істейтін коммерциялық жылытқыштарда орнатуды өңдеуге жарамды етеді 1500 ° C.
2.2 Тотығу және химиялық үйлесімділік
Ауадағы жоғары температура деңгейінде, SiC оңай тотығудан өтеді, аморфты кремнеземнің қорғаныс қабатын құрайды (SiO ЕКІ) оның бетінде: SiC + 3/2 O ₂ → SiO TWO + CO.
Бұл жылтыратылған қабат жоғары температурада тығыздалады, тотығуды баяулататын және астындағы керамикалық құрылымды қорғайтын диффузиялық тосқауыл ретінде әрекет етеді.
Дегенмен, төмендейтін орталарда немесе вакуум жағдайында– жартылай өткізгіштер мен болатты өңдеуде әдеттегі– тотығуы басылады, және SiC балқыған кремнийге қарағанда химиялық тұрақты болып қалады, жеңіл алюминий, және бірнеше шлактар.
дейін сұйытылған кремниймен ерітуге және реакцияға қарсы тұрады 1410 ° C, ұзақ әсер ету шағын көміртектің жиналуына немесе интерфейстің кедір-бұдырына әкелуі мүмкін.
Маңызды, SiC нәзік балқымаларға металл ластануын бермейді, Fe-мен ластанған кезде электронды түрдегі кремний өндірісінің маңызды қажеттілігі, Cu, немесе Cr ppb деңгейінен төмен болуы керек.
Дегенмен, сілтілі жер металдарын немесе өте сезімтал оксидтерді өңдеу кезінде абай болу керек, өйткені кейбіреулері қатты температура деңгейінде SiC тозуы мүмкін.
3. Өндіріс процестері және сапаны бақылау
3.1 Құрылыс әдістері және өлшемді бақылау
SiC тигельдерін өндіруге пішіндеу кіреді, кептіру, және жоғары температурада агломерация немесе сүзу, талап етілетін тазалық негізінде таңдалған әдістермен, өлшемі, және қолдану.
Әдеттегі жасау стратегияларына изостатикалық басу кіреді, экструзия, және сырғанақ тарату, әрқайсысы өлшемдік дәлдік пен микроқұрылымдық біркелкіліктің әртүрлі дәрежесін ұсынады.
Күн құймаларын таратуда қолданылатын үлкен тигельдер үшін, изостатикалық престеу қабырға бетінің қалыңдығы мен қалыңдығының біркелкі болуын қамтамасыз етеді, біркелкі емес термиялық өсу мен бұзылу қаупін азайту.
Реакциямен байланысқан SiC (RBSC) тигельдер қол жетімді және әдетте құю зауыттарында және күн базарларында қолданылады, қайталанатын кремний шектеулері ерітіндінің максималды температурасына қарамастан.
Синтерленген SiC (SSiC) нұсқалары, қосымша шығындармен бірге, керемет тазалықты қамтамасыз етеді, қаттылық, және химиялық соққыға төзімділік, оларды GaAs немесе InP кристалды әзірлеу сияқты жоғары құнды қолданбаларға сәйкес етеді.
Тығыз кедергілерге қол жеткізу үшін агломерациядан кейін дәл өңдеу қажет болуы мүмкін, әсіресе тік еңісті мұздатқышта қолданылатын тигельдер үшін (VGF) немесе Чохральский (CZ) жүйелер.
Беткі аумақты өңдеу ақаулар үшін нуклеация учаскелерін азайту және тарату кезінде балқыманың тегіс ағынын қамтамасыз ету үшін өте маңызды..
3.2 Сапаны бақылау және тиімділікті тексеру
Қажетті жұмыс жағдайларында SiC тигельдерінің сенімділігі мен ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз ету үшін қатаң сапаны қамтамасыз ету маңызды..
Ішкі бөлінулерді анықтау үшін ультрадыбыстық скрининг және рентгендік томография сияқты бұзылмайтын талдау әдістері қолданылады., бос орындар, немесе қалыңдығының өзгеруі.
XRF немесе ICP-MS көмегімен химиялық талдау металл ластануының төмен дәрежесін растайды, ал жылу өткізгіштік пен иілу беріктігі өнімнің консистенциясын тексеру үшін анықталады.
Тигельдер ықтимал ақаулық режимдерін анықтау үшін жеткізу алдында жиі модельденген термиялық циклдік емтихандарға ұшырайды..
Жиынтық бақылау және аккредиттеу жартылай өткізгіштер мен аэроғарыштық жеткізу тізбегінде кең таралған, құрамдас бөліктердің істен шығуы қымбат өндіріс шығындарына әкелуі мүмкін.
4. Қолданбалар және техникалық әсер
4.1 Жартылай өткізгіш және фотоэлектрлік өнеркәсіп
Кремний карбиді тигельдері микроэлектроника үшін де, күн батареялары үшін де жоғары таза кремнийді өндіруде шешуші рөл атқарады..
Көп кристалды фотоэлектрлі құймалар үшін бағытталған қатаю пештерінде, үлкен SiC тигельдері сұйытылған кремнийге арналған негізгі контейнер ретінде әрекет етеді, жоғары температура деңгейін ұстап тұру 1500 ° C көптеген циклдар үшін.
Олардың химиялық инерттілігі ластануды тоқтатады, ал олардың термиялық қауіпсіздігі дәйекті қатаю фронттарын қамтамасыз етеді, аз орналасулары мен астық шекаралары жоғары сапалы пластинкаларға әкеледі.
Кейбір өндірушілер байланыстарды қосымша азайту және салқындағаннан кейін құйманың шығуын жеңілдету үшін ішкі бетті кремний нитридімен немесе кремниймен жабады..
Құрама жартылай өткізгіштердің Czochralski өсімін зерттеу ауқымында, GaAs еруін ұстау үшін кішірек өлшемді SiC тигельдері қолданылады, InSb, немесе CdTe, мұнда шекті реактивтілік пен өлшемдік қауіпсіздік маңызды.
4.2 Металлургия, Зауыт, және дамушы технологиялар
Жартылай өткізгіштерден тыс, SiC тигельдері болатты өңдеуде таптырмас, қорытпа дайындау, және алюминийді қамтитын зертханалық масштабтағы балқыту процедуралары, мыс, және сирек жер элементтері.
Олардың термиялық соққыға және эрозияға төзімділігі оларды құю цехтарындағы индукциялық және төзімді жылыту жүйелеріне жарамды етеді., онда олар графит пен алюминий тотығынан бірнеше цикл бойынша асып түседі.
Жауапты металдардың аддитивтік өндірісінде, SiC контейнерлері тигельдің ақауы мен ластануын болдырмау үшін шаңсорғыштың индукциялық балқытуында қолданылады..
Пайда болған қолданбалар балқытылған тұзды белсендіргіштерден және бағытталған күн энергиясы жүйелерінен тұрады, мұнда SiC ыдыстары жылу энергиясын сақтауға арналған жоғары температуралы тұздарды немесе сұйық металдарды қамтуы мүмкін.
Агломерациялық инновациялар мен жабын дизайнындағы үздіксіз әзірлемелермен, SiC тигельдері келесі буын материалдарын өңдеуді қолдауға дайын, тазалауға мүмкіндік береді, әлдеқайда тиімді, және масштабталатын коммерциялық жылу жүйелері.
Қорытындыда, кремний карбидті тигельдер жоғары температурада өнімді синтездеуге мүмкіндік беретін маңызды технология болып табылады, тамаша термиялық біріктіру, механикалық, және бір инженерлік бөліктегі химиялық тиімділік.
Олардың бүкіл жартылай өткізгіште кең таралуы, күн, және металлургия өнеркәсібі олардың қазіргі заманғы коммерциялық фарфордың негізі ретіндегі міндеттерін атап көрсетеді..
5. Сатушы
Advanced Ceramics қазан айында негізі қаланған 17, 2012, ғылыми-зерттеу және әзірлеуге берілген жоғары технологиялық кәсіпорын болып табылады, өндіріс, өңдеу, керамикалық салыстырмалы материалдар мен бұйымдарды сату және техникалық қызмет көрсету. Біздің өнімдерге бор карбиді керамикалық өнімдер кіреді, бірақ олармен шектелмейді, Бор нитриді керамикалық өнімдер, Кремний карбиді керамикалық бұйымдар, Кремний нитриді керамикалық бұйымдар, Цирконий диоксиді керамикалық бұйымдар, т.б. Егер сізді қызықтырса, бізге хабарласыңыз.
Тегтер: Кремний карбидті тигельдер, Кремний карбиді керамика, Кремний карбиді керамикалық тигельдер
Барлық мақалалар мен суреттер Интернеттен алынған. Авторлық құқық мәселелері болса, жою үшін уақытында бізге хабарласыңыз.
Бізден сұраңыз