Grafite porosa: o coração do crescimento do cristal de carboneto de silício
Por Lucy (Vendas) @ semicera semiconductor technology co., ltd.
Como representante dos semicondutores de terceira geração, o SiC demonstra vantagens significativas em aplicações de alta temperatura, alta pressão e alta frequência, tornando-o um material ideal para dispositivos de RF e dispositivos de energia da próxima geração.
No entanto, o crescimento do cristal de SiC enfrenta desafios como alta dificuldade, longos ciclos de P&D e custos elevados, apresentando grandes desafios na redução de custos, no aumento do volume de produção e na melhoria da qualidade. A grafite porosa surge como a solução ideal para este problema.
O que é grafite poroso?[Figura 1]
A grafite porosa é um material de carbono de alta pureza caracterizado por uma estrutura cristalina de grafite intacta e abundantes poros interconectados em escala micrométrica. Ele combina a estabilidade de alta temperatura do grafite com a permeabilidade e propriedades de transferência de massa de estruturas porosas.
Este poroso a arquitetura não apenas aumenta significativamente a área de superfície específica, mas também forma canais estáveis em fase gasosa em temperaturas elevadas, permitindo um controle mais preciso sobre o campo de temperatura e a distribuição do fluxo de ar durante o crescimento do SiC.
Cristal eu estrutura: sp² hexagonal hibridizado
Estrutura em camadas: van der Waals
Forças : modulação de campo de temperatura, otimização de estabilidade de transferência de massa e controle de defeitos
Grafite porosa de Semicera:
Alta porosidade: até 65%
Estabilidade do lote: Excelente consistência entre lotes de produção
Processamento superior: As tolerâncias do processo permitem paredes cilíndricas ultrafinas com espessura ≤1mm
Efeito da grafite porosa no crescimento do carboneto de silício?
A seleção da grafite porosa baseia-se principalmente na sua compatibilidade com as características de crescimento do SiC e no papel crítico no processo.
1. H transporte homogêneo em fase gasosa
O crescimento de SiC depende de átomos/moléculas em fase gasosa, como Si, SiC₂ e C₂, ascendendo da zona de matéria-prima até o cristal de semente. A grafite porosa pode prevenir a deficiência central do material e o crescimento excessivo das bordas, estabilizar a interface de crescimento do cristal e garantir um diâmetro uniforme do cristal sem depressões ou empenamentos.
2. Melhorando a uniformidade do campo de temperatura
A estrutura porosa exibe condutividade térmica equivalente mais baixa e mais uniforme, o que pode: mitigar zonas localizadas de alta temperatura, nivelar gradientes de temperatura e reduzir o estresse térmico dentro dos cristais. Também diminui a probabilidade de deslocamento, deslizamento e rachaduras, melhorando assim a integridade estrutural do cristal.
3. Ajustando a relação C/Si na fase gasosa
Em altas temperaturas, a grafite porosa libera gradualmente carbono, aumentando a concentração de carbono na fase gasosa. Se a relação C/Si for baixa, há tendência à formação de cristais de impureza como 6H e 15R. Se a relação C/Si for moderada, o crescimento estável de 4H-SiC (a única forma de cristal usada em dispositivos de energia) pode ser alcançado.
4. Inibir a recristalização desnecessária no topo do cadinho
A grafite porosa bloqueia e distribui o fluxo de ar, direcionando mais vapor para o crescimento do cristal, em vez de causar cristalização excessiva do vapor na tampa, como visto no grafite não poroso, o que resulta em desperdício na parte superior.
5. Filtragem de poeira e partículas
A sublimação de substâncias gera partículas de carbono e poeira. Os poros interconectados da grafite porosa interceptam fisicamente o material particulado, impedindo sua entrada nas estruturas cristalinas para evitar a formação de inclusões, manchas pretas e defeitos de microtubos.
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Item |
Sem Grafite Porosa |
Com Grafite Porosa |
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Taxa de crescimento |
20–30 μm/h |
+Aumento de 33% |
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Utilização de fonte de pó |
<30% |
+29% a ~59% |
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Densidade de defeitos |
800–1.200 cm⁻² |
–Redução de 52% |
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(MPD)/Densidade de microtubos |
6–7 EA/cm² |
1–2 EA/cm² |
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Tensão máxima de cisalhamento |
13,5 MPa |
Cair para 10,4 MPa |
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Gradiente de temperatura radial |
Grande |
Mais suave |
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Razão C/Si |
0.8–1.1 |
1.2–1.5 |
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Recristalização Superior |
Forte |
Significativamente reduzido |
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Espessura do Cristal |
2,0–2,5mm |
3,0–3,3 mm |
Em resumo, a grafite porosa não é um material de função única, mas sim um material estrutural chave que garante a estabilidade do crescimento do método PVT, melhorando sinergicamente a qualidade do cristal de SiC através de quatro mecanismos: distribuição uniforme do fluxo de gás, campo de temperatura otimizado, relação C/Si controlada e contaminação reduzida por impurezas.
Mercados internacional e doméstico
O mercado internacional é dominado pela alemã SGL, pela japonesa Toyo Carbon e pela Donghai Carbon, entre outras. Seus produtos apresentam alta consistência e barreiras técnicas, mas apresentam preços elevados e prazos de entrega estendidos.
O mercado interno está experimentando um rápido crescimento juntamente com a rápida expansão da capacidade de produção de substrato de SiC, oferecendo vantagens notáveis em termos de relação custo-benefício, prazos de entrega e capacidade de resposta do serviço. A indústria está atualmente numa fase de substituição doméstica acelerada e avanços graduais em segmentos de gama alta.
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