Grafito poroso: el corazón del crecimiento de cristales de carburo de silicio

Por Lucy (Ventas) @ semicera semiconductor technology co., ltd.

Como representante de los semiconductores de tercera generación, el SiC demuestra ventajas significativas en aplicaciones de alta temperatura, alta presión y alta frecuencia, lo que lo convierte en un material ideal para dispositivos de RF y dispositivos de potencia de próxima generación.

Sin embargo, el crecimiento de los cristales de SiC enfrenta desafíos como alta dificultad, largos ciclos de investigación y desarrollo y costos elevados, lo que plantea desafíos importantes para reducir costos, aumentar el volumen de producción y mejorar la calidad. El grafito poroso surge como la solución óptima a este problema.

¿Qué es el grafito poroso? [Figura 1]

El grafito poroso es un material de carbono de alta pureza caracterizado por una estructura cristalina de grafito intacta y abundantes poros interconectados a escala micrométrica. Combina la estabilidad a altas temperaturas del grafito con las propiedades de permeabilidad y transferencia de masa de las estructuras porosas.

este poroso La arquitectura no solo aumenta significativamente el área de superficie específica sino que también forma canales estables en fase gaseosa a temperaturas elevadas, lo que permite un control más preciso sobre el campo de temperatura y la distribución del flujo de aire durante el crecimiento de SiC.

cristal l marco: sp² hibridado hexagonal

estructura en capas: van der waals

Efectivo : Modulación del campo de temperatura, optimización de la estabilidad de la transferencia de masa y control de defectos.

Grafito poroso de Semicera:

Alta porosidad: hasta 65%

Estabilidad de lotes: Excelente consistencia entre lotes de producción

Procesamiento superior: Las tolerancias del proceso permiten paredes cilíndricas ultrafinas con un espesor ≤1 mm

¿Efecto del grafito poroso sobre el crecimiento del carburo de silicio?

La selección de grafito poroso se basa principalmente en su compatibilidad con las características de crecimiento del SiC y su papel crítico en el proceso. 

1. H transporte homogéneo en fase gaseosa

El crecimiento de SiC depende de átomos/moléculas en fase gaseosa como Si, SiC₂ y C₂ que ascienden desde la zona de materia prima hasta el cristal semilla. El grafito poroso puede prevenir la deficiencia del material central y el crecimiento excesivo de los bordes, estabilizar la interfaz de crecimiento del cristal y garantizar un diámetro uniforme del cristal sin depresiones ni deformaciones. 

2. Mejorar la uniformidad del campo de temperatura.

La estructura porosa exhibe una conductividad térmica equivalente más baja y más uniforme, que puede: mitigar las zonas localizadas de alta temperatura, aplanar los gradientes de temperatura y reducir el estrés térmico dentro de los cristales. También disminuye la probabilidad de dislocación, deslizamiento y agrietamiento, mejorando así la integridad estructural del cristal.

3. Ajuste de la relación C/Si en fase gaseosa

A altas temperaturas, el grafito poroso libera carbono gradualmente, aumentando la concentración de carbono en la fase gaseosa. Si la relación C/Si es baja, es propenso a la formación de cristales de impurezas como 6H y 15R. Si la relación C/Si es moderada, se puede lograr un crecimiento estable de 4H-SiC (la única forma cristalina utilizada en dispositivos de energía). 

4. Inhibir la recristalización innecesaria en la parte superior del crisol.

El grafito poroso bloquea y distribuye el flujo de aire, dirigiendo más vapor hacia el crecimiento del cristal en lugar de causar una cristalización excesiva del vapor en la tapa como se ve con el grafito no poroso, lo que resulta en desperdicio en la parte superior.

5. Filtración de polvo y partículas.

La sublimación de sustancias genera partículas de carbono y polvo. Los poros interconectados del grafito poroso interceptan físicamente las partículas, impidiendo su entrada en las estructuras cristalinas para evitar la formación de inclusiones, puntos negros y defectos de microtubos.

En resumen, el grafito poroso no es un material de función única, sino más bien un material estructural clave que garantiza la estabilidad del crecimiento del método PVT al mejorar sinérgicamente la calidad del cristal de SiC a través de cuatro mecanismos: distribución uniforme del flujo de gas, campo de temperatura optimizado, relación C/Si controlada y contaminación de impurezas reducida.

Mercados nacionales e internacionales

El mercado internacional está dominado por la alemana SGL, la japonesa Toyo Carbon y Donghai Carbon, entre otras. Sus productos presentan una gran consistencia y barreras técnicas, pero tienen precios elevados y plazos de entrega prolongados.

El mercado interno está experimentando un rápido crecimiento junto con la rápida expansión de la capacidad de producción de sustratos de SiC, lo que ofrece ventajas notables en términos de rentabilidad, plazos de entrega y capacidad de respuesta del servicio. La industria se encuentra actualmente en una fase de sustitución interna acelerada y avances graduales en segmentos de alta gama.

¿Por qué elegir el grafito poroso de Semicera?

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