Cerameg Silicon Carbid vs. Silicon Carbid Lled-ddargludyddion: Yr Un Deunydd gyda Dau Dynged Gwahanol

1. Gofynion Purdeb Gwahanol ar gyfer Deunyddiau Crai

 

Mae gan SiC gradd serameg ofynion purdeb cymharol ysgafn ar gyfer ei ddeunydd crai powdr. Yn nodweddiadol, gall cynhyrchion gradd fasnachol gyda phurdeb o 90%-98% ddiwallu'r rhan fwyaf o anghenion cymwysiadau, er y gall cerameg strwythurol perfformiad uchel ofyn am burdeb o 98%-99.5% (e.e., mae SiC wedi'i fondio trwy adwaith angen cynnwys silicon rhydd rheoledig). Mae'n goddef rhai amhureddau ac weithiau'n fwriadol yn ymgorffori cymhorthion sintro fel alwminiwm ocsid (Al₂O₃) neu yttriwm ocsid (Y₂O₃) i wella perfformiad sintro, gostwng tymereddau sintro, a gwella dwysedd y cynnyrch terfynol.

 

Mae SiC gradd lled-ddargludyddion yn mynnu lefelau purdeb bron yn berffaith. Mae SiC grisial sengl gradd swbstrad angen purdeb ≥99.9999% (6N), gyda rhai cymwysiadau pen uchel angen purdeb 7N (99.99999%). Rhaid i haenau epitacsial gynnal crynodiadau amhuredd islaw 10¹⁶ atomau/cm³ (gan osgoi amhureddau lefel dwfn yn enwedig fel B, Al, a V). Gall hyd yn oed amhureddau hybrin fel haearn (Fe), alwminiwm (Al), neu boron (B) effeithio'n ddifrifol ar briodweddau trydanol trwy achosi gwasgariad cludwyr, lleihau cryfder maes chwalfa, ac yn y pen draw beryglu perfformiad a dibynadwyedd dyfeisiau, gan olygu bod angen rheolaeth amhuredd llym.

 

Deunydd lled-ddargludyddion silicon carbid

 

2. Strwythurau a Ansawdd Grisial Gwahaniaethol

 

Mae SiC gradd serameg yn bodoli'n bennaf fel powdr polygrisialog neu gyrff sinter sy'n cynnwys nifer o ficrogrisialau SiC wedi'u cyfeirio ar hap. Gall y deunydd gynnwys sawl polyteip (e.e., α-SiC, β-SiC) heb reolaeth lem dros bolyteipiau penodol, gyda phwyslais yn hytrach ar ddwysedd a gwastadrwydd cyffredinol y deunydd. Mae ei strwythur mewnol yn cynnwys ffiniau grawn toreithiog a mandyllau microsgopig, a gall gynnwys cymhorthion sinteru (e.e., Al₂O₃, Y₂O₃).

 

Rhaid i SiC gradd lled-ddargludyddion fod yn swbstradau un grisial neu'n haenau epitacsial gyda strwythurau crisial trefnus iawn. Mae angen polyteipiau penodol a geir trwy dechnegau twf crisial manwl gywir (e.e., 4H-SiC, 6H-SiC). Mae priodweddau trydanol fel symudedd electronau a bwlch band yn hynod sensitif i ddewis polyteip, gan olygu bod angen rheolaeth lem. Ar hyn o bryd, mae 4H-SiC yn dominyddu'r farchnad oherwydd ei briodweddau trydanol uwchraddol gan gynnwys symudedd cludwr uchel a chryfder maes chwalfa, gan ei wneud yn ddelfrydol ar gyfer dyfeisiau pŵer.

 

3. Cymhariaeth Cymhlethdod Prosesau

 

Mae SiC gradd serameg yn defnyddio prosesau gweithgynhyrchu cymharol syml (paratoi powdr → ffurfio → sinteru), yn debyg i "wneud brics". Mae'r broses yn cynnwys:

 

• Cymysgu powdr SiC gradd fasnachol (fel arfer maint micron) gyda rhwymwyr
• Ffurfio trwy wasgu
• Sinteru tymheredd uchel (1600-2200°C) i gyflawni dwysáu trwy drylediad gronynnau
  Gellir bodloni'r rhan fwyaf o gymwysiadau gyda dwysedd >90%. Nid yw'r broses gyfan yn gofyn am reoli twf crisialau yn fanwl gywir, gan ganolbwyntio yn hytrach ar gysondeb ffurfio a sinteru. Mae'r manteision yn cynnwys hyblygrwydd proses ar gyfer siapiau cymhleth, er gyda gofynion purdeb cymharol is.

 

Mae SiC gradd lled-ddargludyddion yn cynnwys prosesau llawer mwy cymhleth (paratoi powdr purdeb uchel → twf swbstrad un grisial → dyddodiad wafer epitacsial → cynhyrchu dyfeisiau). Mae'r camau allweddol yn cynnwys:

 

• Paratoi swbstrad yn bennaf trwy'r dull cludo anwedd ffisegol (PVT)
• Sublimiad powdr SiC mewn amodau eithafol (2200-2400°C, gwactod uchel)
• Rheolaeth fanwl gywir ar raddiannau tymheredd (±1°C) a pharamedrau pwysau
• Twf haen epitacsial trwy ddyddodiad anwedd cemegol (CVD) i greu haenau trwchus, wedi'u dopio'n unffurf (fel arfer sawl i ddegau o ficronau)
  Mae'r broses gyfan angen amgylcheddau hynod o lân (e.e., ystafelloedd glân Dosbarth 10) i atal halogiad. Mae'r nodweddion yn cynnwys cywirdeb proses eithafol, sy'n gofyn am reolaeth dros feysydd thermol a chyfraddau llif nwy, gyda gofynion llym ar gyfer purdeb deunydd crai (>99.9999%) a soffistigedigrwydd offer.

 

4. Gwahaniaethau Costau Sylweddol a Chyfeiriadau Marchnad

 

Nodweddion SiC gradd serameg:

• Deunydd crai: Powdr gradd fasnachol
• Prosesau cymharol syml
• Cost isel: Miloedd i ddegau o filoedd o RMB y dunnell
• Cymwysiadau eang: Sgraffinyddion, gwrthsafolion, a diwydiannau eraill sy'n sensitif i gost

 

Nodweddion SiC gradd lled-ddargludyddion:

• Cylchoedd twf swbstrad hir
• Rheoli diffygion heriol
• Cyfraddau cynnyrch isel
• Cost uchel: Miloedd o USD fesul swbstrad 6 modfedd
• Marchnadoedd ffocws: Electroneg perfformiad uchel fel dyfeisiau pŵer a chydrannau RF
  Gyda datblygiad cyflym cerbydau ynni newydd a chyfathrebu 5G, mae galw'r farchnad yn tyfu'n esbonyddol.

 

5. Senarios Cymwysiadau Gwahaniaethol

 

Mae SiC gradd seramig yn gwasanaethu fel y “ceffyl gwaith diwydiannol” yn bennaf ar gyfer cymwysiadau strwythurol. Gan fanteisio ar ei briodweddau mecanyddol rhagorol (caledwch uchel, ymwrthedd i wisgo) a'i briodweddau thermol (ymwrthedd i dymheredd uchel, ymwrthedd i ocsideiddio), mae'n rhagori mewn:

 

• Sgraffinyddion (olwynion malu, papur tywod)
• Deunyddiau gwrthsafol (leininau ffwrn tymheredd uchel)
• Cydrannau sy'n gwrthsefyll traul/cyrydiad (cyrff pwmp, leininau pibellau)

 

Cydrannau strwythurol ceramig silicon carbide

 

Mae SiC gradd lled-ddargludyddion yn perfformio fel yr “elitaidd electronig,” gan ddefnyddio ei briodweddau lled-ddargludyddion bwlch band eang i ddangos manteision unigryw mewn dyfeisiau electronig:

 

• Dyfeisiau pŵer: gwrthdroyddion EV, trawsnewidyddion grid (gwella effeithlonrwydd trosi pŵer)
• Dyfeisiau RF: gorsafoedd sylfaen 5G, systemau radar (sy'n galluogi amleddau gweithredu uwch)
• Optoelectroneg: Deunydd swbstrad ar gyfer LEDs glas

 

Wafer epitacsial SiC 200-milimetr

 

Dimensiwn	SiC gradd seramig	SiC gradd lled-ddargludyddion
Strwythur Grisial	Polygrisialog, polyteipiau lluosog	Grisial sengl, polyteipiau wedi'u dewis yn llym
Ffocws Proses	Dwyseddu a rheoli siâp	Ansawdd crisial a rheoli eiddo trydanol
Blaenoriaeth Perfformiad	Cryfder mecanyddol, ymwrthedd cyrydiad, sefydlogrwydd thermol	Priodweddau trydanol (bwlch band, maes chwalfa, ac ati)
Senarios Cais	Cydrannau strwythurol, rhannau sy'n gwrthsefyll traul, cydrannau tymheredd uchel	Dyfeisiau pŵer uchel, dyfeisiau amledd uchel, dyfeisiau optoelectronig
Gyrwyr Cost	Hyblygrwydd proses, cost deunydd crai	Cyfradd twf crisial, cywirdeb offer, purdeb deunydd crai

 

I grynhoi, mae'r gwahaniaeth sylfaenol yn deillio o'u dibenion swyddogaethol gwahanol: mae SiC gradd ceramig yn defnyddio "ffurf (strwythur)" tra bod SiC gradd lled-ddargludyddion yn defnyddio "priodweddau (trydanol)". Mae'r cyntaf yn mynd ar drywydd perfformiad mecanyddol/thermol cost-effeithiol, tra bod yr olaf yn cynrychioli uchafbwynt technoleg paratoi deunyddiau fel deunydd swyddogaethol un grisial purdeb uchel. Er eu bod yn rhannu'r un tarddiad cemegol, mae SiC gradd ceramig a gradd lled-ddargludyddion yn arddangos gwahaniaethau clir o ran purdeb, strwythur crisial, a phrosesau gweithgynhyrchu - ond mae'r ddau yn gwneud cyfraniadau sylweddol at gynhyrchu diwydiannol a datblygiad technolegol yn eu meysydd priodol.