Proces výroby karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) je vysoce{0}}výkonný polovodičový materiál široce používaný ve výkonové elektronice, optoelektronice a vysokofrekvenčních zařízeních díky své vynikající vysoké-teplotní odolnosti, vysokému-odporu napětí a vysoko{3}}frekvenčním charakteristikám. Proces výroby karbidu křemíku zahrnuje především následující kroky:

Příprava surovin: Hlavními surovinami pro výrobu karbidu křemíku jsou vysoce čistý křemíkový prášek a uhlíkový prášek. Obvykle se požaduje, aby čistota křemíkového prášku byla vyšší než 99,999 %, zatímco pro uhlíkový prášek musí být použit vysoce čistý grafit nebo ropný koks. Čistota surovin přímo ovlivňuje výkon konečného produktu.

Míchání a tvarování: Křemíkový prášek a uhlíkový prášek se mísí v určitém poměru, obvykle s molárním poměrem uhlíku-k{1}}křemíku řízeným přibližně na 1:1. Namíchaný prášek se pak lisuje do zeleného korpusu. Lisování může být provedeno lisováním za studena nebo lisováním za tepla, v závislosti na požadavcích následných procesů.

Syntéza vysokoteplotní reakce: Lisované surové těleso prochází reakční syntézou ve vysokoteplotní -peci, přičemž teplota je obvykle řízena mezi 1600–2500 stupni . Během tohoto procesu křemík a uhlík chemicky reagují za vzniku karbidu křemíku. Reakční doba se pohybuje od několika hodin do desítek hodin v závislosti na typu pece a parametrech procesu.

Drcení a třídění: Syntetizované bloky karbidu křemíku je třeba rozdrtit a třídit, aby se získal prášek karbidu křemíku požadované velikosti částic. Drtící zařízení obvykle zahrnuje čelisťové drtiče nebo kulové mlýny, zatímco třídění se dosahuje proséváním nebo vzduchovou klasifikací.

Čištění: K odstranění nečistot vnesených během syntézy vyžaduje prášek karbidu křemíku kyselé praní nebo vysokoteplotní{0}}čištění. Při kyselém praní se obvykle používá kyselina chlorovodíková nebo kyselina fluorovodíková, zatímco vysokoteplotní čištění se provádí v inertní atmosféře při teplotách přesahujících 2000 stupňů .

Slinování a zhušťování: Pro aplikace vyžadující vysokou-hustotu karbidu křemíku musí prášek projít slinováním. Metody slinování zahrnují beztlakové slinování, lisování za tepla a izostatické lisování za tepla. Slinovací teploty jsou typicky mezi 1800-2200 stupni a přidání pomocných slinovacích prostředků, jako je bor nebo hliník, může podpořit zhuštění.

Zpracování a testování: Polotovar ze slinutého karbidu křemíku vyžaduje opracování (jako je řezání, broušení a leštění), aby bylo dosaženo konečných požadavků na rozměrovou a povrchovou přesnost. Po zpracování je nutné přísné testování výkonu, včetně hustoty, tvrdosti, tepelné vodivosti a elektrických vlastností.