Kísilkarbíðdeiglur knýja næstu kynslóð hálfleiðara kristallavöxt

1. Inngangur

Fyrir aðeins sólarhring, leiðandi hálfleiðurum Framleiðandinn Applied Materials tilkynnti um byltingarkennda tækni í lóðréttri frostofnstækni (VGF), sem er sérstaklega hönnuð til að framleiða einkristalla úr afar hreinum kísilkarbíði (SiC) - lykilefni fyrir invertera fyrir rafbíla og 5G innviði. Lykilatriði í þessari nýjung? Hin látlausa en afkastamikla kísilkarbíðdeigla. Þó að flestir neytendur tengi kísilkarbíð við keramikborðbúnað eða bökunarform, þá gerir iðnaðargæðaform þess hljóðlega kleift að bylta hreinni orku með því að þjóna sem ílát fyrir bráðið hálfleiðaraefni við hitastig yfir 2,000°C.

Ólíkt eldhúsáhöldum úr sílikon Karbíðkeramikplötur eða eldfast mót — sem nýta sér hitaáfallsþol efnisins fyrir heimilisofna — krefjast deiglurnar sem notaðar eru í kristallavöxt mikils hreinleika, byggingarheilleika og efnafræðilegrar óvirkni. Þessi grein kannar hvernig kísilkarbíðdeiglan hefur orðið ómissandi í einni af krefjandi sérhæfðu notkunarsviðum í framleiðslu háþróaðra efna.

2. Hvers vegna kísilkarbíðdeiglur eru ráðandi í háhitastigs hálfleiðaravinnslu

Í framleiðslu á sílikon Karbítskífur, hrátt SiC duft er brætt og hægt endurkristallað í stórar einkristallaðar stangir. Þetta ferli krefst efnis sem menga ekki bráðna hlutann eða brotna niður við langvarandi útsetningu fyrir miklum hita og hvarfgjörnum andrúmsloftum. Farið inn í kísilkarbítdeigluna.

Silicon karbít býður upp á sjaldgæfa samsetningu eiginleika: einstaka varmaleiðni (hraðari varmaleiðni en flestir málmar), framúrskarandi viðnám gegn hitaáfalli og lágmarks hvarfgirni við bráðið SiC. Deiglur úr hvarfbundnu kísilkarbíði (RBSiC) eða hreinu sinteruðu SiC viðhalda víddarstöðugleika jafnvel eftir endurteknar hitahringrásir - eitthvað sem hefðbundnar grafít- eða áloxíðdeiglur eiga erfitt með.

Þar að auki, samanborið við valkosti eins og bórkarbíð samanborið við kísilkarbíð, þá er SiC betra hvað varðar kostnað, vélræna vinnsluhæfni og framboð. Bórkarbíð, þótt það sé harðara, er mun dýrara og viðkvæmt fyrir oxun yfir 800°C, sem gerir það óhentugt fyrir langvarandi kristalvöxt. Á sama tíma er kísil... nítríð Deiglur — þótt þær séu frábærar fyrir sumar notkunarmöguleika í bráðnum málmum — skortir þá varmaleiðni sem þarf til að kristöllunin verði einsleit í SiC-vexti.

3. Áhrif í raunveruleikanum: Frá Crucible til rafknúinna ökutækja

Afköst kísilkarbíðdeiglu hafa bein áhrif á afköst og gallaþéttleika skífna. Óhreinindi sem leka úr lélegum deiglum geta valdið örpípum eða tilfærslum í vaxandi kristalnum, sem gerir heilar framleiðslulotur ónothæfar. Þess vegna kaupa fremstu SiC skífuframleiðendur deiglur frá sérhæfðum verksmiðjum fyrir kísilnítríðdeiglur sem einnig eru vel að sér í SiC myndunartækni – sem tryggir að hlutar eins og kísilkarbíðhringir, rör og deiglur uppfylli staðla fyrir hálfleiðara.

Nýlegar skýrslur um framboðskeðjuna benda til 300% aukningar í eftirspurn eftir hágæða kísilkarbíðdeiglum frá árinu 2021, knúnar áfram af alþjóðlegum fjárfestingum í framleiðslu rafknúinna ökutækja. Fyrirtæki eins og Wolfspeed og ROHM Semiconductor reka nú sérstakar kristalvaxtarlínur þar sem hver kísilkarbíðdeigla er sérsniðin fyrir tiltekna ofnrúmfræði og hitauppstreymi.

Athyglisvert er að margar af sömu efnisfræðireglunum sem gera kísilkarbíð keramik eldfast mót endingargott í heimilisofni gera einnig iðnaðardeiglum kleift að lifa af í hálfleiðarasteypustöðvum - bara í auknum hreinleika og nákvæmni. Hins vegar eru iðnaðaríhlutir eins og kísilkarbíð hitaeiningarrör, kísilkarbíð keramik rör einangrarar og RBSiC kísilkarbíð flísarblokkir hannaðir með míkron vikmörkum, langt umfram neytendaflokks keramik.

4. Handan við deigluna: Stuðningsþættir í vistkerfi ofnsins

Nútíma SiC kristalvaxtarofn snýst ekki bara um deigluna - hann er samþætt kerfi afkastamikilla keramikefna. Brennistútar úr kísilkarbíði stjórna gasflæði við sintrun, en súlur úr kísilkarbíði veita uppbyggingarstuðning inni í heita svæðinu. Jafnvel kísilkarbíðdiskar og porous keramikrör eru notuð til síunar og gasdreifingar.

Í sumum háþróuðum uppsetningum vinna sérsniðnir kísilnítríð hitaskildir og kísilnítríðplötur ásamt SiC íhlutum til að stjórna geislunarhita og vernda viðkvæma mælitæki. Samverkunin milli kísilkarbíðs og kísilnítríð keramik - sem nýta sér hvor sína kosti - er dæmi um nútíma háhitaverkfræði.

Á sama tíma heldur markaðurinn fyrir hágæða kísilnítríðduft áfram að vaxa samhliða, sem eykur eftirspurn eftir blendingakerfum. En fyrir beina bræðslu er kísilkarbíð enn óviðjafnanlegt. Hvort sem um er að ræða kísilkarbíðröraofn eða mullítstyrktan kísilkarbíðmullítrör, þá er kjarnakrafan alltaf sú sama: að lifa af eldinn án þess að skerða hreinleika.

5. Niðurstaða

Þó að þú gætir dáðst að hvítum keramikdiskum úr kísilkarbíði á matarborðinu þínu eða notað smjörform úr kísilkarbíði með loki fyrir hátíðarmat, þá liggur raunveruleg landamæri þessa einstaka efnis í hjarta hálfleiðaraframleiðslu. Kísilkarbíðdeiglan - sem flestir sjá ekki - gerir kleift að framleiða sömu örgjörvana sem knýja rafmagnsbíla okkar, sólarorkubreyta og hraðhleðslustöðvar. Þegar hreintækniuppsveiflan eykst mun þessi sérhæfði iðnaðarþáttur aðeins vaxa í hernaðarlegri þýðingu og sanna að stundum byrja umbreytandi tæknin í deiglu.

Vefsíða okkar, stofnuð 17. október 2012, er hátæknifyrirtæki sem sérhæfir sig í rannsóknum og þróun, framleiðslu, vinnslu, sölu og tæknilegri þjónustu á keramikefnum eins og sílikoni. Vörur okkar eru meðal annars bórkarbíð keramikvörur, bórnítríð keramikvörur, kísillkarbíð keramikvörur, kísillnítríð keramikvörur, sirkondíoxíð keramikvörur o.s.frv. Ef þú hefur áhuga, vinsamlegast hafðu samband við okkur.