Mae silicon carbid (SiC) yn ddeunydd lled-ddargludyddion cyfansawdd bandgap eang gyda phriodweddau ffisegol a chemegol unigryw. Mae'r bondiau cemegol C-Si a'r trefniant haenog C-Si yn rhoi caledwch uchel i SiC, dargludedd thermol uchel, a chyflymder drifft dirlawnder uchel, yn ogystal â bwlch band eang a chryfder maes dadelfennu uchel. Yn y blynyddoedd diwethaf, mae lled-ddargludyddion SiC wedi denu sylw eang mewn cymwysiadau dyfeisiau amledd uchel, pŵer uchel a maint bach oherwydd eu nodweddion deunydd rhagorol.
Mae crisialau SiC yn bodoli mewn mwy na 200 o polyteipiau, ac ymhlith y rhain 4H-SiC, 6H-SiC, a 3C-SiC yw'r rhai mwyaf cyffredin. —Mae gan SiC (polyteipiau hecsagonol, a gynrychiolir gan 4H-SiC a 6H-SiC) broses dwf aeddfed ac fe'i defnyddir yn eang mewn cymwysiadau diwydiannol. 4Mae H-SiC yn cynnwys safleoedd dellt hecsagonol a chiwbig, gyda haenau deuol wedi'u trefnu yn y dilyniant ABCB-ABCB-, sy'n ei gynysgaeddu â chaledwch uwch a sefydlogrwydd thermol{{SiC}CiC-yn unig polyteip), gyda strwythur grisial tebyg i silicon. Mae'n arddangos dargludedd thermol tra-uchel, symudedd sianel uchel, a dwysedd cyflwr diffyg is yn y rhyngwyneb SiO₂ / 3C-SiC, gan ddangos potensial cymhwysiad rhagorol.
Er mwyn bodloni gofynion cymhwysiad ar raddfa fawr mewn sectorau fel cerbydau ynni newydd, ffotofoltäig solar, a chynhyrchu ynni gwynt, mae technolegau twf crisial sengl SiC o ansawdd uchel, diamedr mawr, a chost isel wedi dod yn ffocws ymchwil a datblygu allweddol. Ar hyn o bryd, mae'r dulliau twf crisial SiC a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys cludo anwedd corfforol (PVT), dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel (HTCVD), a thwf hydoddiant tymheredd uchel (HTSG). Ymhlith y rhain, mae'r dull PVT yn gymharol aeddfed ac eisoes wedi bodloni'r gofynion ar gyfer cynhyrchu crisialau sengl SiC ar raddfa fawr. Fodd bynnag, wrth i'r galw am ansawdd grisial SiC ac effeithlonrwydd ynni gynyddu ar draws amrywiol ddiwydiannau, mae anfanteision y dull PVT yn dod yn fwyfwy amlwg. Yn gyntaf, mae'r tymheredd twf uchel sy'n ofynnol gan PVT yn arwain at ddefnydd sylweddol o ynni a chost. Yn ail, mae crisialau sengl SiC a dyfir gan PVT yn cynnwys diffygion megis dadleoliadau a microbibellau, sy'n effeithio'n ddifrifol ar ansawdd y grisial. Mae dull HTCVD yn cynhyrchu SiC gyda phurdeb uchel, yn caniatáu rheolaeth effeithiol ar y gymhareb atomig Si / C, ac yn galluogi cyflenwad parhaus o ragflaenwyr twf. Yn ogystal, gall cydrannau graffit crwm siâp arbennig wneud y gorau o brosesau trafnidiaeth rhagflaenol ac adwaith cemegol yn effeithiol. Serch hynny, mae tymheredd uchel a gofynion nwy arbennig HTCVD yn cynyddu cost cynhyrchu crisialau SiC.
Yn gyffredinol, mae'r dull HTSG yn cynnig manteision tyfu crisialau sengl SiC ar dymheredd cymharol is o dan amodau cydbwysedd bron-thermodynamig, ac yn ystod y broses dwf, gellir trawsnewid diffygion dadleoli yn y grisial yn effeithiol. Mae HTSG yn sicrhau ansawdd grisial uchel tra'n lleihau costau cynhyrchu.
Yn nhwf crisialau sengl SiC trwy'r dull HTSG, mae dewis fflwcsau yn gywir yn ffactor allweddol wrth wella effeithlonrwydd ac ansawdd twf grisial SiC. Dylai'r dewis o elfennau fflwcs ddilyn yr egwyddorion hyn:
Hydoddedd carbon uchel: Mae gallu hydoddi carbon uchel yn darparu amgylchedd twf crisial mwy sefydlog, ac mae'r tymheredd twf cymharol is yn lleihau costau arbrofol a defnydd ynni yn effeithiol.
Gallu cludo màs uchel: Mae ychwanegu elfennau fflwcs (metelau trawsnewid neu elfennau daear prin) yn lleihau gludedd yr hydoddiant ac yn gwella ei lifedd, a thrwy hynny gyflymu cludo hydoddion carbon yn yr hydoddiant.
Gwlybedd da gyda SiC: Dylai arwyneb y grisial hadau gael ei wlychu'n llawn pan fydd mewn cysylltiad â'r hydoddiant.
Yn helaeth o ran natur ac ar gael yn rhwydd.
Dim ffurfio cyfnodau tymheredd uchel sefydlog ac eithrio SiC ar dymheredd uchel.
Ymhlith y rhain, mae gallu hydoddi carbon yr elfennau fflwcs yn arbennig o bwysig, gan fod gwella'r gallu hwn yn hyrwyddo twf crisial cyflym ac o ansawdd uchel ymhellach. Yn y dull HTSG, mae'r ffynhonnell garbon ar gyfer twf crisial sengl SiC yn dod o'r crucible graffit sy'n dal yr hydoddiant. Gan fod hydoddedd carbon mewn silicon tawdd yn hynod o isel-dim ond 13% ar y pwynt peritectig (3073 K)-a bod silicon yn anweddu'n uniongyrchol uwchlaw 2273 K, mae angen ychwanegu elfennau trosiannol eraill neu elfennau daear prin at yr hydoddiant silicon i gynyddu hydoddedd carbon, a thrwy hynny alluogi twf grisial cyflym o ansawdd uchel.