کاربید سیلیکون (SiC) ترکیبی قابل توجه است که هم در صنعت نیمه‌هادی و هم در محصولات سرامیکی پیشرفته یافت می‌شود. این امر اغلب منجر به سردرگمی در بین افراد عادی می‌شود که ممکن است آنها را با یک نوع محصول اشتباه بگیرند. در واقع، اگرچه ترکیب شیمیایی یکسانی دارند، SiC به عنوان سرامیک‌های پیشرفته مقاوم در برابر سایش یا نیمه‌هادی‌های با راندمان بالا ظاهر می‌شود و نقش‌های کاملاً متفاوتی را در کاربردهای صنعتی ایفا می‌کند. تفاوت‌های قابل توجهی بین مواد SiC درجه سرامیکی و درجه نیمه‌هادی از نظر ساختار کریستالی، فرآیندهای تولید، ویژگی‌های عملکردی و زمینه‌های کاربرد وجود دارد.
- الزامات خلوص متفاوت برای مواد اولیه
SiC با گرید سرامیکی، الزامات خلوص نسبتاً ملایمی برای خوراک پودر خود دارد. معمولاً محصولات گرید تجاری با خلوص 90%-98% می‌توانند اکثر نیازهای کاربردی را برآورده کنند، اگرچه سرامیک‌های ساختاری با کارایی بالا ممکن است به خلوص 98%-99.5% نیاز داشته باشند (به عنوان مثال، SiC با پیوند واکنشی نیاز به محتوای سیلیکون آزاد کنترل‌شده دارد). این ماده ناخالصی‌های خاصی را تحمل می‌کند و گاهی اوقات عمداً از کمک‌فنرهای تف‌جوشی مانند اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) یا اکسید ایتریم (Y₂O₃) برای بهبود عملکرد تف‌جوشی، کاهش دمای تف‌جوشی و افزایش چگالی محصول نهایی استفاده می‌کند.
SiC با درجه نیمه‌هادی به سطوح خلوص تقریباً کامل نیاز دارد. SiC تک کریستالی با درجه زیرلایه به خلوص ≥99.9999% (6N) نیاز دارد، و برخی از کاربردهای سطح بالا به خلوص 7N (99.99999%) نیاز دارند. لایه‌های اپیتاکسیال باید غلظت ناخالصی را زیر 10¹6 اتم بر سانتی‌متر مکعب حفظ کنند (به‌ویژه از ناخالصی‌های سطح عمیق مانند B، Al و V اجتناب شود). حتی ناخالصی‌های ناچیز مانند آهن (Fe)، آلومینیوم (Al) یا بور (B) می‌توانند با ایجاد پراکندگی حامل، کاهش قدرت میدان شکست و در نهایت به خطر انداختن عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه، به شدت بر خواص الکتریکی تأثیر بگذارند و کنترل دقیق ناخالصی را ضروری سازند.
مواد نیمه هادی سیلیکون کاربید
- ساختارها و کیفیت کریستالی متمایز
SiC با گرید سرامیکی در درجه اول به صورت پودر پلی کریستالی یا بدنه‌های تف‌جوشی شده متشکل از ریزبلورهای SiC با جهت‌گیری تصادفی متعدد وجود دارد. این ماده ممکن است شامل چندین نوع (مثلاً α-SiC، β-SiC) بدون کنترل دقیق بر روی انواع خاص باشد، و در عوض بر چگالی و یکنواختی کلی ماده تأکید دارد. ساختار داخلی آن دارای مرزهای دانه فراوان و منافذ میکروسکوپی است و ممکن است حاوی کمک‌های تف‌جوشی (مثلاً Al₂O₃، Y₂O₃) باشد.
SiC نیمه‌هادی باید زیرلایه‌های تک کریستالی یا لایه‌های اپیتاکسیال با ساختارهای کریستالی بسیار منظم باشد. این امر به پلی‌تایپ‌های خاصی نیاز دارد که از طریق تکنیک‌های رشد کریستالی دقیق (به عنوان مثال، 4H-SiC، 6H-SiC) به دست می‌آیند. خواص الکتریکی مانند تحرک الکترون و شکاف باند به انتخاب پلی‌تایپ بسیار حساس هستند و نیاز به کنترل دقیق دارند. در حال حاضر، 4H-SiC به دلیل خواص الکتریکی برتر خود از جمله تحرک بالای حامل‌ها و قدرت میدان شکست، بر بازار تسلط دارد و آن را برای دستگاه‌های قدرت ایده‌آل می‌کند.
- مقایسه پیچیدگی فرآیند
SiC با گرید سرامیکی از فرآیندهای تولید نسبتاً ساده‌ای (آماده‌سازی پودر → شکل‌دهی → تف‌جوشی) مشابه «ساخت آجر» استفاده می‌کند. این فرآیند شامل موارد زیر است:
- مخلوط کردن پودر SiC با گرید تجاری (معمولاً در اندازه میکرون) با چسب‌ها
- شکل‌دهی از طریق پرس
- تف‌جوشی در دمای بالا (۱۶۰۰-۲۲۰۰ درجه سانتیگراد) برای دستیابی به تراکم از طریق انتشار ذرات
اکثر کاربردها را می‌توان با چگالی >90% ارضا کرد. کل فرآیند نیازی به کنترل دقیق رشد کریستال ندارد و در عوض بر روی شکل‌دهی و ثبات پخت تمرکز دارد. مزایای آن شامل انعطاف‌پذیری فرآیند برای اشکال پیچیده است، هرچند با الزامات خلوص نسبتاً پایین‌تر.
SiC با درجه نیمه‌هادی شامل فرآیندهای بسیار پیچیده‌تری است (تهیه پودر با خلوص بالا → رشد زیرلایه تک کریستالی → رسوب ویفر اپیتاکسیال → ساخت قطعه). مراحل کلیدی عبارتند از:
- آماده‌سازی زیرلایه عمدتاً از طریق روش انتقال بخار فیزیکی (PVT)
- تصعید پودر SiC در شرایط سخت (۲۲۰۰-۲۴۰۰ درجه سانتیگراد، خلاء بالا)
- کنترل دقیق گرادیان دما (±1 درجه سانتیگراد) و پارامترهای فشار
- رشد لایه اپیتاکسیال از طریق رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای ایجاد لایه‌های یکنواخت ضخیم و آلاییده (معمولاً چند تا ده‌ها میکرون)
کل فرآیند برای جلوگیری از آلودگی به محیط‌های فوق‌العاده تمیز (مثلاً اتاق‌های تمیز کلاس ۱۰) نیاز دارد. ویژگی‌های آن شامل دقت بسیار بالای فرآیند، نیاز به کنترل میدان‌های حرارتی و نرخ جریان گاز، با الزامات سختگیرانه برای خلوص مواد اولیه (>۹۹.۹۹۹۹٪) و پیچیدگی تجهیزات است.
- تفاوت‌های قابل توجه در هزینه‌ها و جهت‌گیری‌های بازار
ویژگی‌های SiC با گرید سرامیکی:
- مواد اولیه: پودر درجه تجاری
- فرآیندهای نسبتاً ساده
- هزینه پایین: هزاران تا ده‌ها هزار یوان به ازای هر تن
- کاربردهای گسترده: ساینده‌ها، نسوزها و سایر صنایع حساس به هزینه
ویژگی‌های SiC نیمه‌هادی:
- چرخه‌های رشد طولانی مدت بستر
- کنترل عیوب چالش‌برانگیز
- نرخ بازده پایین
- هزینه بالا: هزاران دلار برای هر زیرلایه ۶ اینچی
- بازارهای متمرکز: لوازم الکترونیکی با کارایی بالا مانند دستگاه‌های قدرت و قطعات RF
با توسعه سریع وسایل نقلیه با انرژی جدید و ارتباطات 5G، تقاضای بازار به صورت تصاعدی در حال افزایش است.
- سناریوهای کاربردی متمایز
SiC با گرید سرامیکی به عنوان "اسب بارکش صنعتی" در درجه اول برای کاربردهای سازه‌ای عمل می‌کند. با بهره‌گیری از خواص مکانیکی عالی (سختی بالا، مقاومت در برابر سایش) و خواص حرارتی (مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون)، در موارد زیر برتری دارد:
- ساینده‌ها (چرخ‌های سنگ‌زنی، کاغذ سنباده)
- نسوزها (پوشش داخلی کوره‌های دما بالا)
- اجزای مقاوم در برابر سایش/خوردگی (بدنه پمپ، پوشش لوله)
اجزای سازه‌ای سرامیکی سیلیکون کاربید
SiC نیمه‌هادی به عنوان "نخبه الکترونیکی" عمل می‌کند و با استفاده از خواص نیمه‌هادی با شکاف باند وسیع خود، مزایای منحصر به فردی را در دستگاه‌های الکترونیکی نشان می‌دهد:
- دستگاه‌های قدرت: اینورترهای خودروهای برقی، مبدل‌های شبکه (بهبود راندمان تبدیل برق)
- دستگاه‌های RF: ایستگاه‌های پایه 5G، سیستم‌های رادار (امکان فرکانس‌های عملیاتی بالاتر)
- اپتوالکترونیک: مواد زیرلایه برای LED های آبی
ویفر اپیتاکسیال SiC با قطر ۲۰۰ میلی‌متر
| ابعاد | SiC با گرید سرامیکی | SiC از نوع نیمه‌هادی |
| ساختار کریستالی | پلی کریستالی، چند نوع مختلف | تک کریستال، پلی تایپ های کاملاً انتخاب شده |
| تمرکز فرآیند | تراکم و کنترل شکل | کنترل کیفیت کریستال و خواص الکتریکی |
| اولویت عملکرد | مقاومت مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی، پایداری حرارتی | خواص الکتریکی (شکاف نواری، میدان شکست و غیره) |
| سناریوهای کاربردی | اجزای سازه‌ای، قطعات مقاوم در برابر سایش، اجزای مقاوم در برابر دمای بالا | دستگاه‌های پرقدرت، دستگاه‌های فرکانس بالا، دستگاه‌های اپتوالکترونیکی |
| محرک‌های هزینه | انعطاف‌پذیری فرآیند، هزینه مواد اولیه | نرخ رشد کریستال، دقت تجهیزات، خلوص مواد اولیه |
به طور خلاصه، تفاوت اساسی ناشی از اهداف عملکردی متمایز آنهاست: SiC درجه سرامیکی از "شکل (ساختار)" استفاده می‌کند در حالی که SiC درجه نیمه‌رسانا از "خواص (الکتریکی)" بهره می‌برد. اولی به دنبال عملکرد مکانیکی/حرارتی مقرون به صرفه است، در حالی که دومی به عنوان ماده کاربردی تک کریستالی با خلوص بالا، اوج فناوری آماده‌سازی مواد را نشان می‌دهد. اگرچه منشأ شیمیایی یکسانی دارند، SiC درجه سرامیکی و درجه نیمه‌رسانا تفاوت‌های آشکاری در خلوص، ساختار کریستالی و فرآیندهای تولید نشان می‌دهند - با این حال هر دو سهم قابل توجهی در تولید صنعتی و پیشرفت فناوری در حوزه‌های مربوطه خود دارند.
XKH یک شرکت فناوری پیشرفته است که در زمینه تحقیق و توسعه و تولید مواد کاربید سیلیکون (SiC) تخصص دارد و خدمات توسعه سفارشی، ماشینکاری دقیق و عملیات سطحی را از سرامیک‌های SiC با خلوص بالا گرفته تا کریستال‌های SiC با درجه نیمه‌هادی ارائه می‌دهد. XKH با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته آماده‌سازی و خطوط تولید هوشمند، محصولات و راه‌حل‌های SiC با عملکرد قابل تنظیم (خلوص 90%-7N) و ساختار کنترل‌شده (پلی‌کریستال/تک‌کریستال) را برای مشتریان در زمینه‌های نیمه‌هادی، انرژی‌های نو، هوافضا و سایر زمینه‌های پیشرفته ارائه می‌دهد. محصولات ما کاربردهای گسترده‌ای در تجهیزات نیمه‌هادی، وسایل نقلیه الکتریکی، ارتباطات 5G و صنایع مرتبط دارند.
موارد زیر دستگاه‌های سرامیکی سیلیکون کاربید تولید شده توسط XKH هستند.
زمان ارسال: ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۵