სილიციუმის კარბიდი (SiC) შესანიშნავი ნაერთია, რომელიც გვხვდება როგორც ნახევარგამტარული ინდუსტრიაში, ასევე მოწინავე კერამიკულ პროდუქტებში. ეს ხშირად იწვევს დაბნეულობას არაპროფესიონალებში, რომლებმაც შეიძლება ისინი ერთი და იგივე ტიპის პროდუქტად აღიქვან. სინამდვილეში, იდენტური ქიმიური შემადგენლობის მიუხედავად, SiC ვლინდება როგორც ცვეთამედეგი მოწინავე კერამიკა ან მაღალი ეფექტურობის ნახევარგამტარი, რაც სრულიად განსხვავებულ როლს ასრულებს სამრეწველო გამოყენებაში. კერამიკული და ნახევარგამტარული ხარისხის SiC მასალებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავებებია კრისტალური სტრუქტურის, წარმოების პროცესების, შესრულების მახასიათებლებისა და გამოყენების სფეროების თვალსაზრისით.
- ნედლეულის განსხვავებული სისუფთავის მოთხოვნები
კერამიკული კლასის SiC-ს ფხვნილისებრი ნედლეულისთვის შედარებით მსუბუქი სისუფთავის მოთხოვნები აქვს. როგორც წესი, 90%-98%-იანი სისუფთავის მქონე კომერციული კლასის პროდუქტებს შეუძლიათ დააკმაყოფილონ გამოყენების უმეტესი საჭიროება, თუმცა მაღალი ხარისხის სტრუქტურულ კერამიკას შეიძლება დასჭირდეს 98%-99.5%-იანი სისუფთავე (მაგ., რეაქციაში შეკავშირებული SiC მოითხოვს თავისუფალი სილიციუმის კონტროლირებად შემცველობას). ის იტანს გარკვეულ მინარევებს და ზოგჯერ განზრახ შეიცავს შედუღების დამხმარე საშუალებებს, როგორიცაა ალუმინის ოქსიდი (Al₂O₃) ან იტრიუმის ოქსიდი (Y₂O₃), შედუღების მუშაობის გასაუმჯობესებლად, შედუღების ტემპერატურის შესამცირებლად და საბოლოო პროდუქტის სიმკვრივის გასაზრდელად.
ნახევარგამტარული კლასის SiC მოითხოვს თითქმის იდეალურ სისუფთავის დონეს. სუბსტრატის კლასის მონოკრისტალური SiC მოითხოვს ≥99.9999% (6N) სისუფთავეს, ზოგიერთ მაღალი დონის დამუშავებისას კი 7N (99.99999%) სისუფთავეა საჭირო. ეპიტაქსიურმა ფენებმა უნდა შეინარჩუნონ მინარევების კონცენტრაცია 10¹⁶ ატომ/სმ³-ზე ქვემოთ (განსაკუთრებით თავიდან აიცილონ ღრმა დონის მინარევები, როგორიცაა B, Al და V). რკინა (Fe), ალუმინი (Al) ან ბორი (B) მინარევების მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს ელექტრულ თვისებებზე მატარებლების გაფანტვის გამოწვევით, დაშლის ველის სიძლიერის შემცირებით და საბოლოოდ მოწყობილობის მუშაობისა და საიმედოობის დარღვევით, რაც მოითხოვს მინარევების მკაცრ კონტროლს.
სილიციუმის კარბიდის ნახევარგამტარული მასალა
- განსხვავებული კრისტალური სტრუქტურები და ხარისხი
კერამიკული ხარისხის SiC ძირითადად არსებობს პოლიკრისტალური ფხვნილის ან შედუღებული სხეულების სახით, რომლებიც შედგება მრავალი შემთხვევით ორიენტირებული SiC მიკროკრისტალებისგან. მასალა შეიძლება შეიცავდეს მრავალ პოლიტიპს (მაგ., α-SiC, β-SiC) კონკრეტულ პოლიტიპებზე მკაცრი კონტროლის გარეშე, მასალის საერთო სიმკვრივესა და ერთგვაროვნებაზე აქცენტით. მისი შიდა სტრუქტურა ხასიათდება მარცვლების უხვი საზღვრებითა და მიკროსკოპული ფორებით და შეიძლება შეიცავდეს შედუღების დამხმარე საშუალებებს (მაგ., Al₂O₃, Y₂O₃).
ნახევარგამტარული ხარისხის SiC უნდა იყოს ერთკრისტალური სუბსტრატები ან ეპიტაქსიური ფენები მაღალი მოწესრიგებული კრისტალური სტრუქტურებით. ეს მოითხოვს სპეციფიკურ პოლიტიპებს, რომლებიც მიიღება ზუსტი კრისტალების ზრდის ტექნიკით (მაგ., 4H-SiC, 6H-SiC). ელექტრული თვისებები, როგორიცაა ელექტრონული მობილურობა და ზოლური უფსკრული, უკიდურესად მგრძნობიარეა პოლიტიპის შერჩევის მიმართ, რაც მოითხოვს მკაცრ კონტროლს. ამჟამად, 4H-SiC დომინირებს ბაზარზე მისი უმაღლესი ელექტრული თვისებების გამო, მათ შორის მატარებლების მაღალი მობილურობისა და დაშლის ველის სიძლიერის გამო, რაც მას იდეალურს ხდის ელექტრომოწყობილობებისთვის.
- პროცესის სირთულის შედარება
კერამიკული ხარისხის SiC იყენებს შედარებით მარტივ წარმოების პროცესებს (ფხვნილის მომზადება → ფორმირება → შედუღება), რაც „აგურის დამზადების“ ანალოგიურია. პროცესი მოიცავს:
- კომერციული ხარისხის SiC ფხვნილის (როგორც წესი, მიკრონის ზომის) შერევა შემკვრელებთან
- ფორმირება დაპრესით
- მაღალტემპერატურული სინთეზირება (1600-2200°C) ნაწილაკების დიფუზიის გზით დენსიფიკაციის მისაღწევად
უმეტეს შემთხვევაში, სიმკვრივე 90%-ზე მეტია. მთელი პროცესი არ საჭიროებს კრისტალების ზრდის ზუსტ კონტროლს, არამედ ყურადღებას ამახვილებს ფორმირებასა და სინთეზზე. უპირატესობებში შედის პროცესის მოქნილობა რთული ფორმებისთვის, თუმცა შედარებით დაბალი სისუფთავის მოთხოვნებით.
ნახევარგამტარული SiC მოიცავს გაცილებით რთულ პროცესებს (მაღალი სისუფთავის ფხვნილის მომზადება → ერთკრისტალური სუბსტრატის ზრდა → ეპიტაქსიური ვაფლის დეპონირება → მოწყობილობის დამზადება). ძირითადი ეტაპებია:
- სუბსტრატის მომზადება ძირითადად ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების (PVT) მეთოდით
- SiC ფხვნილის სუბლიმაცია ექსტრემალურ პირობებში (2200-2400°C, მაღალი ვაკუუმი)
- ტემპერატურის გრადიენტების (±1°C) და წნევის პარამეტრების ზუსტი კონტროლი
- ეპიტაქსიური ფენის ზრდა ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) გზით ერთგვაროვანი სისქის, დოპირებული ფენების შესაქმნელად (როგორც წესი, რამდენიმედან ათეულ მიკრონამდე)
მთელი პროცესი დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად ულტრასუფთა გარემოს (მაგ., მე-10 კლასის სუფთა ოთახებს) მოითხოვს. მახასიათებლებს შორისაა პროცესის უკიდურესი სიზუსტე, რაც მოითხოვს თერმული ველებისა და გაზის ნაკადის სიჩქარის კონტროლს, მკაცრი მოთხოვნებით როგორც ნედლეულის სისუფთავის (>99.9999%), ასევე აღჭურვილობის დახვეწილობის მიმართ.
- მნიშვნელოვანი განსხვავებები ფასებში და ბაზრის ორიენტაცია
კერამიკული კლასის SiC-ის მახასიათებლები:
- ნედლეული: კომერციული ხარისხის ფხვნილი
- შედარებით მარტივი პროცესები
- დაბალი ღირებულება: ათასობითდან ათიათასობით იუანამდე ტონაზე
- ფართო გამოყენება: აბრაზივები, ცეცხლგამძლე მასალები და სხვა ხარჯებისადმი მგრძნობიარე ინდუსტრიები
ნახევარგამტარული SiC-ის მახასიათებლები:
- სუბსტრატის ხანგრძლივი ზრდის ციკლები
- რთული დეფექტების კონტროლი
- დაბალი მოსავლიანობის მაჩვენებლები
- მაღალი ღირებულება: ათასობით აშშ დოლარი 6 დიუმიან სუბსტრატზე
- ფოკუსირებული ბაზრები: მაღალი ხარისხის ელექტრონიკა, როგორიცაა კვების მოწყობილობები და რადიოსიხშირული კომპონენტები
ახალი ენერგომოხმარების მქონე სატრანსპორტო საშუალებებისა და 5G კომუნიკაციების სწრაფი განვითარებით, ბაზარზე მოთხოვნა ექსპონენციურად იზრდება.
- დიფერენცირებული გამოყენების სცენარები
კერამიკული ხარისხის SiC ძირითადად სტრუქტურული გამოყენებისთვის „სამრეწველო სამუშაო ცხენის“ როლს ასრულებს. შესანიშნავი მექანიკური თვისებების (მაღალი სიმტკიცე, ცვეთამედეგობა) და თერმული თვისებების (მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა, დაჟანგვისადმი მდგრადობა) გამოყენებით, ის გამოირჩევა:
- აბრაზივები (სახეხი ბორბლები, ქვიშის ქაღალდი)
- ცეცხლგამძლე მასალები (მაღალტემპერატურული ღუმელის საფარი)
- ცვეთის/კოროზიისადმი მდგრადი კომპონენტები (ტუმბოს კორპუსი, მილების საფარი)
სილიკონის კარბიდის კერამიკული სტრუქტურული კომპონენტები
ნახევარგამტარული კლასის SiC წარმოადგენს „ელექტრონული ელიტის“ წარმომადგენელს და იყენებს თავის ფართო ზოლური უფსკრულის მქონე ნახევარგამტარულ თვისებებს ელექტრონულ მოწყობილობებში უნიკალური უპირატესობების დემონსტრირებისთვის:
- ენერგომომარაგების მოწყობილობები: ელექტრომობილების ინვერტორები, ქსელის გადამყვანები (ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის გაუმჯობესება)
- რადიოსიხშირული მოწყობილობები: 5G საბაზო სადგურები, რადარის სისტემები (უფრო მაღალი ოპერაციული სიხშირეების უზრუნველსაყოფად)
- ოპტოელექტრონიკა: ლურჯი LED-ების სუბსტრატის მასალა
200 მილიმეტრიანი SiC ეპიტაქსიალური ვაფლი
| განზომილება | კერამიკული ხარისხის SiC | ნახევარგამტარული კლასის SiC |
| კრისტალური სტრუქტურა | პოლიკრისტალური, მრავალჯერადი პოლიტიპები | ერთკრისტალური, მკაცრად შერჩეული პოლიტიპები |
| პროცესზე ფოკუსირება | სიმკვრივე და ფორმის კონტროლი | კრისტალის ხარისხი და ელექტრული თვისებების კონტროლი |
| შესრულების პრიორიტეტი | მექანიკური სიმტკიცე, კოროზიის წინააღმდეგობა, თერმული სტაბილურობა | ელექტრული თვისებები (გამტარი ზოლი, ავარიის ველი და ა.შ.) |
| აპლიკაციის სცენარები | სტრუქტურული კომპონენტები, ცვეთამედეგი ნაწილები, მაღალი ტემპერატურის კომპონენტები | მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობები, მაღალი სიხშირის მოწყობილობები, ოპტოელექტრონული მოწყობილობები |
| ხარჯების მამოძრავებელი ფაქტორები | პროცესის მოქნილობა, ნედლეულის ღირებულება | კრისტალების ზრდის ტემპი, აღჭურვილობის სიზუსტე, ნედლეულის სისუფთავე |
შეჯამებისთვის, ფუნდამენტური განსხვავება მათი განსხვავებული ფუნქციური დანიშნულებიდან გამომდინარეობს: კერამიკული ხარისხის SiC იყენებს „ფორმას (სტრუქტურას)“, ხოლო ნახევარგამტარული ხარისხის SiC იყენებს „თვისებებს (ელექტრულ)“. პირველი ცდილობს ეკონომიურად მომგებიან მექანიკურ/თერმულ მახასიათებლებს, ხოლო მეორე წარმოადგენს მასალის მომზადების ტექნოლოგიის მწვერვალს, როგორც მაღალი სისუფთავის, ერთკრისტალური ფუნქციური მასალისა. მიუხედავად იმისა, რომ ერთი და იგივე ქიმიური წარმოშობა აქვთ, კერამიკული და ნახევარგამტარული ხარისხის SiC ავლენს მკაფიო განსხვავებებს სისუფთავის, კრისტალური სტრუქტურისა და წარმოების პროცესების მხრივ - თუმცა ორივე მნიშვნელოვან წვლილს შეაქვს სამრეწველო წარმოებასა და ტექნოლოგიურ წინსვლაში შესაბამის სფეროებში.
XKH არის მაღალტექნოლოგიური საწარმო, რომელიც სპეციალიზირებულია სილიციუმის კარბიდის (SiC) მასალების კვლევასა და წარმოებაში და გთავაზობთ ინდივიდუალურ განვითარებას, ზუსტ დამუშავებას და ზედაპირის დამუშავების მომსახურებას, მაღალი სისუფთავის SiC კერამიკიდან დაწყებული ნახევარგამტარული დონის SiC კრისტალებით დამთავრებული. მოწინავე მომზადების ტექნოლოგიებისა და ინტელექტუალური წარმოების ხაზების გამოყენებით, XKH უზრუნველყოფს რეგულირებადი შესრულების (90%-7N სისუფთავე) და სტრუქტურით კონტროლირებად (პოლიკრისტალური/ერთკრისტალური) SiC პროდუქტებსა და გადაწყვეტილებებს ნახევარგამტარების, ახალი ენერგიის, აერონავტიკისა და სხვა მოწინავე სფეროების კლიენტებისთვის. ჩვენი პროდუქცია ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობების, ელექტრომობილების, 5G კომუნიკაციებისა და მასთან დაკავშირებული ინდუსტრიების სფეროში.
ქვემოთ მოცემულია XKH-ის მიერ წარმოებული სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მოწყობილობები.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 30 ივლისი