সংবাদ - সিলিকন কার্বাইডের গঠন এবং বৃদ্ধি প্রযুক্তি (Ⅱ)

চতুর্থ, শারীরিক বাষ্প স্থানান্তর পদ্ধতি

ভৌত বাষ্প পরিবহন (PVT) পদ্ধতিটি 1955 সালে লেলি দ্বারা উদ্ভাবিত বাষ্প ফেজ পরমানন্দ প্রযুক্তি থেকে উদ্ভূত হয়। SiC পাউডারটিকে একটি গ্রাফাইট টিউবে স্থাপন করা হয় এবং SiC পাউডারকে পচন ও পরমান্বিত করার জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়, এবং তারপর গ্রাফাইট টিউবকে ঠান্ডা করা হয়। SiC পাউডারের পচনের পরে, বাষ্প পর্যায়ের উপাদানগুলি জমা হয় এবং গ্রাফাইট টিউবের চারপাশে SiC স্ফটিকগুলিতে স্ফটিক হয়ে যায়। যদিও এই পদ্ধতিটি বড় আকারের SiC একক স্ফটিক প্রাপ্ত করা কঠিন, এবং গ্রাফাইট টিউবে জমা প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, এটি পরবর্তী গবেষকদের জন্য ধারণা প্রদান করে।
Ym Terairov et al. রাশিয়ায় এই ভিত্তিতে বীজ স্ফটিক ধারণা প্রবর্তন, এবং অনিয়ন্ত্রিত স্ফটিক আকৃতি এবং SiC স্ফটিকগুলির নিউক্লিয়েশন অবস্থানের সমস্যা সমাধান করে। পরবর্তী গবেষকরা উন্নতি অব্যাহত রেখেছেন এবং অবশেষে আজ শিল্প ব্যবহারে ফিজিক্যাল গ্যাস ফেজ ট্রান্সপোর্ট (PVT) পদ্ধতির বিকাশ ঘটিয়েছেন।

প্রাচীনতম SiC স্ফটিক বৃদ্ধির পদ্ধতি হিসাবে, শারীরিক বাষ্প স্থানান্তর পদ্ধতি হল SiC স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য সবচেয়ে মূলধারার বৃদ্ধির পদ্ধতি। অন্যান্য পদ্ধতির সাথে তুলনা করে, পদ্ধতিটির বৃদ্ধির সরঞ্জাম, সহজ বৃদ্ধি প্রক্রিয়া, শক্তিশালী নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা, পুঙ্খানুপুঙ্খ বিকাশ এবং গবেষণার জন্য কম প্রয়োজনীয়তা রয়েছে এবং শিল্প প্রয়োগ উপলব্ধি করেছে। বর্তমান মূলধারার PVT পদ্ধতিতে উত্থিত ক্রিস্টালের গঠন চিত্রে দেখানো হয়েছে।

গ্রাফাইট ক্রুসিবলের বাহ্যিক তাপ নিরোধক অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করে অক্ষীয় এবং রেডিয়াল তাপমাত্রা ক্ষেত্রগুলি নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। SiC পাউডারটি উচ্চ তাপমাত্রার সাথে গ্রাফাইট ক্রুসিবলের নীচে স্থাপন করা হয়, এবং SiC বীজ স্ফটিকটি নিম্ন তাপমাত্রার সাথে গ্রাফাইট ক্রুসিবলের শীর্ষে স্থির করা হয়। ক্রমবর্ধমান একক স্ফটিক এবং পাউডারের মধ্যে যোগাযোগ এড়াতে পাউডার এবং বীজের মধ্যে দূরত্ব সাধারণত দশ মিলিমিটার হতে নিয়ন্ত্রিত হয়। তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট সাধারণত 15-35℃/সেমি এর মধ্যে থাকে। 50-5000 Pa এর একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস পরিচলন বাড়ানোর জন্য চুল্লিতে রাখা হয়। এইভাবে, ইন্ডাকশন হিটিং দ্বারা SiC পাউডারকে 2000-2500℃ এ উত্তপ্ত করার পরে, SiC পাউডারটি পরমান্বিত হবে এবং Si, Si2C, SiC2 এবং অন্যান্য বাষ্পের উপাদানগুলিতে পচে যাবে, এবং গ্যাস পরিচলনের মাধ্যমে বীজের প্রান্তে স্থানান্তরিত হবে, এবং সিক স্ফটিক একক স্ফটিক বৃদ্ধি অর্জনের জন্য বীজ স্ফটিকের উপর স্ফটিক করা হয়। এর সাধারণ বৃদ্ধির হার 0.1-2 মিমি/ঘন্টা।

পিভিটি প্রক্রিয়া বৃদ্ধির তাপমাত্রা, তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, বৃদ্ধির পৃষ্ঠ, উপাদান পৃষ্ঠের ব্যবধান এবং বৃদ্ধির চাপ নিয়ন্ত্রণের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, এর সুবিধা হল এর প্রক্রিয়াটি তুলনামূলকভাবে পরিপক্ক, কাঁচামাল উত্পাদন করা সহজ, খরচ কম, কিন্তু বৃদ্ধি প্রক্রিয়া PVT পদ্ধতি পর্যবেক্ষণ করা কঠিন, 0.2-0.4mm/h স্ফটিক বৃদ্ধির হার, বড় বেধ (>50mm) সহ স্ফটিক বৃদ্ধি করা কঠিন। কয়েক দশক ধরে ক্রমাগত প্রচেষ্টার পরে, PVT পদ্ধতিতে উত্থিত SiC সাবস্ট্রেট ওয়েফারের বর্তমান বাজারটি খুব বিশাল, এবং SiC সাবস্ট্রেট ওয়েফারের বার্ষিক আউটপুট কয়েক হাজার ওয়েফারে পৌঁছাতে পারে এবং এর আকার ধীরে ধীরে 4 ইঞ্চি থেকে 6 ইঞ্চিতে পরিবর্তিত হচ্ছে। , এবং 8 ইঞ্চি SiC সাবস্ট্রেট নমুনা তৈরি করেছে।

পঞ্চম,উচ্চ তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমার পদ্ধতি

উচ্চ তাপমাত্রা রাসায়নিক বাষ্প জমা (HTCVD) রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) এর উপর ভিত্তি করে একটি উন্নত পদ্ধতি। পদ্ধতিটি প্রথম 1995 সালে কোর্ডিনা এট আল।, লিংকোপিং ইউনিভার্সিটি, সুইডেনের দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল।
বৃদ্ধির কাঠামো চিত্রটি চিত্রে দেখানো হয়েছে:

পঞ্চম,উচ্চ তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমার পদ্ধতি

যখন SiC ক্রিস্টাল তরল ফেজ পদ্ধতিতে বড় হয়, তখন অক্জিলিয়ারী দ্রবণের ভিতরে তাপমাত্রা এবং পরিচলন বন্টন চিত্রে দেখানো হয়:

এটি দেখা যায় যে অক্জিলিয়ারী দ্রবণে ক্রুসিবল প্রাচীরের কাছাকাছি তাপমাত্রা বেশি, যখন বীজ স্ফটিকের তাপমাত্রা কম। বৃদ্ধি প্রক্রিয়া চলাকালীন, গ্রাফাইট ক্রুসিবল স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য C উৎস প্রদান করে। কারণ ক্রুসিবল প্রাচীরের তাপমাত্রা বেশি, C এর দ্রবণীয়তা বড় এবং দ্রবীভূত হওয়ার হার দ্রুত, প্রচুর পরিমাণ C ক্রুসিবল প্রাচীরে দ্রবীভূত হয়ে C এর একটি স্যাচুরেটেড দ্রবণ তৈরি করবে। এই দ্রবণগুলি প্রচুর পরিমাণে সি দ্রবীভূত হয় অক্জিলিয়ারী দ্রবণের মধ্যে পরিচলনের মাধ্যমে বীজ স্ফটিকের নীচের অংশে পরিবহন করা হবে। বীজ স্ফটিক প্রান্তের নিম্ন তাপমাত্রার কারণে, সংশ্লিষ্ট C-এর দ্রবণীয়তা অনুরূপভাবে হ্রাস পায় এবং এই অবস্থার অধীনে নিম্ন তাপমাত্রার প্রান্তে স্থানান্তরিত হওয়ার পর মূল C-স্যাচুরেটেড দ্রবণ C-এর একটি সুপারস্যাচুরেটেড দ্রবণে পরিণত হয়। অক্জিলিয়ারী দ্রবণে Si এর সাথে মিলিত দ্রবণে Suprataturated C বীজ স্ফটিকের উপর SiC ক্রিস্টাল এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি করতে পারে। যখন C-এর সুপারফোরেটেড অংশটি বের হয়ে যায়, তখন দ্রবণটি পরিচলন সহ ক্রুসিবল প্রাচীরের উচ্চ-তাপমাত্রার প্রান্তে ফিরে আসে এবং C আবার দ্রবীভূত হয়ে একটি স্যাচুরেটেড দ্রবণ তৈরি করে।

পুরো প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি হয়, এবং SiC স্ফটিক বৃদ্ধি পায়। তরল পর্যায়ে বৃদ্ধির প্রক্রিয়ায়, দ্রবণে সি এর দ্রবীভূত হওয়া এবং বৃষ্টিপাত বৃদ্ধির অগ্রগতির একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সূচক। স্থিতিশীল স্ফটিক বৃদ্ধি নিশ্চিত করার জন্য, ক্রুসিবল প্রাচীরে C এর দ্রবীভূতকরণ এবং বীজের শেষে বৃষ্টিপাতের মধ্যে একটি ভারসাম্য বজায় রাখা প্রয়োজন। যদি C-এর দ্রবীভূততা C-এর বৃষ্টিপাতের চেয়ে বেশি হয়, তাহলে স্ফটিকের C ধীরে ধীরে সমৃদ্ধ হয় এবং SiC-এর স্বতঃস্ফূর্ত নিউক্লিয়েশন ঘটবে। যদি C-এর দ্রবীভূততা C-এর বৃষ্টিপাতের চেয়ে কম হয়, তাহলে দ্রবণের অভাবের কারণে স্ফটিক বৃদ্ধি করা কঠিন হবে।
একই সময়ে, পরিচলন দ্বারা সি পরিবহন বৃদ্ধির সময় সি সরবরাহকেও প্রভাবিত করে। ভাল পর্যাপ্ত ক্রিস্টাল গুণমান এবং পর্যাপ্ত বেধ সহ SiC স্ফটিক বৃদ্ধি করার জন্য, উপরের তিনটি উপাদানের ভারসাম্য নিশ্চিত করা প্রয়োজন, যা SiC তরল পর্যায়ে বৃদ্ধির অসুবিধাকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে। যাইহোক, ধীরে ধীরে উন্নতি এবং সম্পর্কিত তত্ত্ব এবং প্রযুক্তির উন্নতির সাথে, SiC স্ফটিকগুলির তরল পর্যায়ে বৃদ্ধির সুবিধাগুলি ধীরে ধীরে দেখাবে।
বর্তমানে, জাপানে 2-ইঞ্চি SiC স্ফটিকগুলির তরল পর্যায়ের বৃদ্ধি অর্জন করা যেতে পারে এবং 4-ইঞ্চি স্ফটিকগুলির তরল পর্যায়ের বৃদ্ধিও বিকাশ করা হচ্ছে। বর্তমানে, প্রাসঙ্গিক অভ্যন্তরীণ গবেষণা ভাল ফলাফল দেখা যায়নি, এবং এটি প্রাসঙ্গিক গবেষণা কাজ অনুসরণ করা প্রয়োজন.

সপ্তম, SiC স্ফটিকের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য

(1) যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য: SiC স্ফটিক অত্যন্ত উচ্চ কঠোরতা এবং ভাল পরিধান প্রতিরোধের আছে. এর মোহস কঠোরতা 9.2 এবং 9.3 এর মধ্যে, এবং এর ক্রিট কঠোরতা 2900 এবং 3100Kg/mm2 এর মধ্যে, যা আবিষ্কৃত সামগ্রীগুলির মধ্যে হীরার স্ফটিকগুলির পরেই দ্বিতীয়। SiC-এর চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, পাউডার SiC প্রায়ই কাটিং বা গ্রাইন্ডিং শিল্পে ব্যবহার করা হয়, যার বার্ষিক চাহিদা লক্ষ লক্ষ টন পর্যন্ত। কিছু ওয়ার্কপিসে পরিধান-প্রতিরোধী আবরণও SiC আবরণ ব্যবহার করবে, উদাহরণস্বরূপ, কিছু যুদ্ধজাহাজে পরিধান-প্রতিরোধী আবরণ SiC আবরণ দ্বারা গঠিত।

(2) তাপীয় বৈশিষ্ট্য: SiC-এর তাপ পরিবাহিতা 3-5 W/cm·K-এ পৌঁছতে পারে, যা ঐতিহ্যবাহী সেমিকন্ডাক্টর Si-এর 3 গুণ এবং GaAs-এর 8 গুণ। SiC দ্বারা প্রস্তুত ডিভাইসের তাপ উত্পাদন দ্রুত দূরে পরিচালিত হতে পারে, তাই SiC ডিভাইসের তাপ অপচয়ের অবস্থার প্রয়োজনীয়তাগুলি তুলনামূলকভাবে শিথিল এবং এটি উচ্চ-শক্তি ডিভাইসগুলির প্রস্তুতির জন্য আরও উপযুক্ত। SiC এর স্থিতিশীল থার্মোডাইনামিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। স্বাভাবিক চাপের অবস্থার অধীনে, SiC উচ্চতর Si এবং C ধারণকারী বাষ্পে সরাসরি পচে যাবে.

(3) রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য: SiC এর স্থিতিশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, ভাল জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে এবং ঘরের তাপমাত্রায় কোনো পরিচিত অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে না। দীর্ঘ সময়ের জন্য বাতাসে রাখা SiC ধীরে ধীরে ঘন SiO2 এর একটি পাতলা স্তর তৈরি করবে, আরও জারণ প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করবে। যখন তাপমাত্রা 1700 ℃ এর বেশি হয়, তখন SiO2 পাতলা স্তর দ্রুত গলে যায় এবং অক্সিডাইজ হয়। SiC গলিত অক্সিডেন্ট বা ঘাঁটিগুলির সাথে একটি ধীর অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়া সহ্য করতে পারে এবং SiC ওয়েফারগুলি সাধারণত গলিত KOH এবং Na2O2 তে ক্ষয়প্রাপ্ত হয় যাতে SiC স্ফটিকের স্থানচ্যুতিকে চিহ্নিত করা হয়।.

(4) বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য: প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টরগুলির একটি প্রতিনিধি উপাদান হিসাবে SiC, 6H-SiC এবং 4H-SiC ব্যান্ডগ্যাপের প্রস্থ যথাক্রমে 3.0 eV এবং 3.2 eV, যা Si এর 3 গুণ এবং GaAs এর 2 গুণ। SiC দিয়ে তৈরি সেমি-কন্ডাক্টর ডিভাইসে ছোট লিকেজ কারেন্ট এবং বৃহত্তর ব্রেকডাউন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র থাকে, তাই উচ্চ-শক্তি ডিভাইসের জন্য SiC একটি আদর্শ উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়। SiC-এর স্যাচুরেটেড ইলেক্ট্রন গতিশীলতাও Si-এর তুলনায় 2 গুণ বেশি এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ডিভাইস তৈরিতে এর সুস্পষ্ট সুবিধা রয়েছে। পি-টাইপ SiC স্ফটিক বা N-টাইপ SiC স্ফটিক স্ফটিকের অশুদ্ধতা পরমাণু ডোপ করে প্রাপ্ত করা যেতে পারে। বর্তমানে, P-টাইপ SiC স্ফটিকগুলি মূলত Al, B, Be, O, Ga, Sc এবং অন্যান্য পরমাণু দ্বারা ডোপ করা হয় এবং N-টাইপ sic স্ফটিকগুলি প্রধানত N পরমাণু দ্বারা ডোপ করা হয়। ডোপিং ঘনত্ব এবং প্রকারের পার্থক্য SiC এর ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপর একটি বড় প্রভাব ফেলবে। একই সময়ে, ফ্রি ক্যারিয়ারটিকে গভীর স্তরের ডোপিং যেমন V দ্বারা পেরেক দেওয়া যেতে পারে, প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ানো যেতে পারে এবং আধা-অন্তরক SiC ক্রিস্টাল পাওয়া যেতে পারে।

(5) অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য: অপেক্ষাকৃত প্রশস্ত ব্যান্ড গ্যাপের কারণে, আনডোপড SiC স্ফটিক বর্ণহীন এবং স্বচ্ছ। ডোপড SiC স্ফটিকগুলি তাদের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের কারণে বিভিন্ন রঙ দেখায়, উদাহরণস্বরূপ, 6H-SiC ডোপিং N পরে সবুজ হয়; 4H-SiC বাদামী। 15R-SiC হল হলুদ। আল দিয়ে ডোপ করা, 4H-SiC নীল দেখা যাচ্ছে। এটি একটি স্বজ্ঞাত পদ্ধতি যা রঙের পার্থক্য পর্যবেক্ষণ করে SiC ক্রিস্টাল টাইপকে আলাদা করতে পারে। বিগত 20 বছরে SiC সম্পর্কিত ক্ষেত্রগুলির উপর ক্রমাগত গবেষণার সাথে, সম্পর্কিত প্রযুক্তিগুলিতে দুর্দান্ত অগ্রগতি হয়েছে।

অষ্টম,SiC উন্নয়ন অবস্থা পরিচিতি

বর্তমানে, SiC শিল্প ক্রমবর্ধমান নিখুঁত হয়ে উঠেছে, সাবস্ট্রেট ওয়েফার, এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার থেকে শুরু করে ডিভাইস উত্পাদন, প্যাকেজিং, সমগ্র শিল্প চেইন পরিপক্ক হয়েছে এবং এটি বাজারে SiC সম্পর্কিত পণ্য সরবরাহ করতে পারে।

SiC সাবস্ট্রেট ওয়েফারের আকার এবং গুণমান উভয় ক্ষেত্রেই অগ্রণী অবস্থানের সাথে SiC ক্রিস্টাল বৃদ্ধি শিল্পে ক্রি একজন নেতা। ক্রি বর্তমানে প্রতি বছর 300,000 SiC সাবস্ট্রেট চিপ উত্পাদন করে, যা বিশ্বব্যাপী চালানের 80% এরও বেশি।

2019 সালের সেপ্টেম্বরে, ক্রি ঘোষণা করেছিল যে এটি নিউ ইয়র্ক স্টেট, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে একটি নতুন সুবিধা তৈরি করবে, যা 200 মিমি ব্যাসের শক্তি এবং RF SiC সাবস্ট্রেট ওয়েফার বাড়াতে সবচেয়ে উন্নত প্রযুক্তি ব্যবহার করবে, এটি নির্দেশ করে যে এর 200 মিমি SiC সাবস্ট্রেট উপাদান তৈরির প্রযুক্তি রয়েছে আরো পরিপক্ক হয়ে

বর্তমানে, বাজারে SiC সাবস্ট্রেট চিপগুলির মূলধারার পণ্যগুলি প্রধানত 4H-SiC এবং 6H-SiC পরিবাহী এবং 2-6 ইঞ্চি আধা-অন্তরক ধরনের।
2015 সালের অক্টোবরে, ক্রিই সর্বপ্রথম 200 মিমি SIC সাবস্ট্রেট ওয়েফার এন-টাইপ এবং LED এর জন্য লঞ্চ করেছিল, যা বাজারে 8-ইঞ্চি SiC সাবস্ট্রেট ওয়েফারের সূচনা করে।
2016 সালে, Romm Venturi টিমকে স্পন্সর করা শুরু করে এবং প্রথাগত 200 kW ইনভার্টারে IGBT + Si FRD সলিউশন প্রতিস্থাপন করতে গাড়িতে IGBT + SiC SBD সংমিশ্রণ ব্যবহার করে। উন্নতির পরে, একই শক্তি বজায় রেখে বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল করার ওজন 2 কেজি এবং আকার 19% হ্রাস করা হয়েছে।

2017 সালে, SiC MOS + SiC SBD-এর আরও গ্রহণের পরে, শুধুমাত্র ওজন 6 কেজি কমানো হয়নি, আকার 43% হ্রাস করা হয়েছে, এবং বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল ক্ষমতা 200 কিলোওয়াট থেকে 220 কিলোওয়াট পর্যন্ত বৃদ্ধি করা হয়েছে।
2018 সালে টেসলা তার মডেল 3 পণ্যগুলির প্রধান ড্রাইভ ইনভার্টারগুলিতে SIC-ভিত্তিক ডিভাইসগুলি গ্রহণ করার পরে, প্রদর্শনের প্রভাব দ্রুত প্রসারিত হয়েছিল, xEV স্বয়ংচালিত বাজারকে শীঘ্রই SiC বাজারের জন্য উত্তেজনার উত্স করে তোলে৷ SiC এর সফল প্রয়োগের সাথে সাথে এর সম্পর্কিত বাজারের আউটপুট মূল্যও দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে।

নবম,উপসংহার:

SiC সম্পর্কিত শিল্প প্রযুক্তিগুলির ক্রমাগত উন্নতির সাথে, এর ফলন এবং নির্ভরযোগ্যতা আরও উন্নত হবে, SiC ডিভাইসগুলির দামও হ্রাস পাবে এবং SiC-এর বাজার প্রতিযোগিতা আরও সুস্পষ্ট হবে। ভবিষ্যতে, SiC ডিভাইসগুলি অটোমোবাইল, যোগাযোগ, পাওয়ার গ্রিড এবং পরিবহনের মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রে আরও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হবে এবং পণ্যের বাজার আরও বিস্তৃত হবে, এবং বাজারের আকার আরও প্রসারিত হবে, যা দেশের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ সমর্থন হয়ে উঠবে। অর্থনীতি

পোস্টের সময়: জানুয়ারী-25-2024