Desenvolvemento e aplicacións do carburo de silicio (SiC)
1. Un século de innovación en SiC
A viaxe do carburo de silicio (SiC) comezou en 1893, cando Edward Goodrich Acheson deseñou o forno Acheson, utilizando materiais de carbono para conseguir a produción industrial de SiC mediante o quecemento eléctrico de cuarzo e carbono. Este invento marcou o inicio da industrialización de SiC e gañoulle a Acheson unha patente.
A principios do século XX, o SiC utilizábase principalmente como abrasivo debido á súa notable dureza e resistencia ao desgaste. A mediados do século XX, os avances na tecnoloxía de deposición química de vapor (CVD) abriron novas posibilidades. Os investigadores dos Bell Labs, dirixidos por Rustum Roy, sentaron as bases para o CVD SiC, logrando os primeiros revestimentos de SiC en superficies de grafito.
A década de 1970 viu un gran avance cando a Union Carbide Corporation aplicou grafito revestido de SiC no crecemento epitaxial de materiais semicondutores de nitruro de galio (GaN). Este avance xogou un papel fundamental nos LED e láseres de alto rendemento baseados en GaN. Ao longo das décadas, os revestimentos de SiC expandíronse máis alá dos semicondutores ata aplicacións en aeroespacial, automoción e electrónica de potencia, grazas ás melloras nas técnicas de fabricación.
Hoxe, innovacións como a pulverización térmica, o PVD e a nanotecnoloxía están a mellorar aínda máis o rendemento e a aplicación dos revestimentos de SiC, mostrando o seu potencial en campos de vangarda.
2. Comprensión das estruturas cristalinas e dos usos do SiC
SiC posúe máis de 200 politipos, categorizados pola súa disposición atómica en estruturas cúbicas (3C), hexagonais (H) e romboédricas (R). Entre estes, 4H-SiC e 6H-SiC son amplamente utilizados en dispositivos de alta potencia e optoelectrónicos, respectivamente, mentres que o β-SiC é valorado pola súa condutividade térmica superior, resistencia ao desgaste e resistencia á corrosión.
β-SiCpropiedades únicas, como unha condutividade térmica de120-200 W/m·Ke un coeficiente de expansión térmica moi semellante ao grafito, convérteno no material preferido para os revestimentos de superficie en equipos de epitaxia de obleas.
3. Revestimentos SiC: Propiedades e Técnicas de Preparación
Os revestimentos de SiC, normalmente β-SiC, aplícanse amplamente para mellorar as propiedades da superficie como a dureza, a resistencia ao desgaste e a estabilidade térmica. Os métodos comúns de preparación inclúen:
- Deposición química en vapor (CVD):Proporciona revestimentos de alta calidade cunha excelente adhesión e uniformidade, ideal para substratos grandes e complexos.
- Deposición física de vapor (PVD):Ofrece un control preciso sobre a composición do revestimento, axeitado para aplicacións de alta precisión.
- Técnicas de pulverización, deposición electroquímica e revestimento de lodos: Serve como alternativas rendibles para aplicacións específicas, aínda que con limitacións variables de adhesión e uniformidade.
Cada método elíxese en función das características do substrato e dos requisitos de aplicación.
4. Susceptores de grafito revestidos de SiC en MOCVD
Os susceptores de grafito revestidos de SiC son indispensables na deposición de vapor químico orgánico metálico (MOCVD), un proceso clave na fabricación de materiais semicondutores e optoelectrónicos.
Estes susceptores proporcionan un soporte robusto para o crecemento da película epitaxial, garantindo a estabilidade térmica e reducindo a contaminación por impurezas. O revestimento de SiC tamén mellora a resistencia á oxidación, as propiedades da superficie e a calidade da interface, permitindo un control preciso durante o crecemento da película.
5. Avanzando cara ao futuro
Nos últimos anos dirixíronse importantes esforzos para mellorar os procesos de produción de substratos de grafito revestidos de SiC. Os investigadores céntranse en mellorar a pureza, a uniformidade e a vida útil do revestimento á vez que reducen os custos. Ademais, a exploración de materiais innovadores comorevestimentos de carburo de tántalo (TaC).ofrece potenciais melloras na condutividade térmica e na resistencia á corrosión, abrindo o camiño para solucións de próxima xeración.
A medida que a demanda de susceptores de grafito revestidos de SiC segue crecendo, os avances na fabricación intelixente e na produción a escala industrial apoiarán aínda máis o desenvolvemento de produtos de alta calidade para satisfacer as necesidades en evolución das industrias de semicondutores e optoelectrónica.
Hora de publicación: 24-novembro-2023