O Desenvolvimento e Aplicações do Carboneto de Silício (SiC)
1. Um Século de Inovação em SiC
A jornada do carboneto de silício (SiC) começou em 1893, quando Edward Goodrich Acheson projetou o forno Acheson, utilizando materiais de carbono para alcançar a produção industrial de SiC através do aquecimento elétrico de quartzo e carbono. Esta invenção marcou o início da industrialização do SiC e rendeu a Acheson uma patente.
No início do século 20, o SiC era usado principalmente como abrasivo devido à sua notável dureza e resistência ao desgaste. Em meados do século 20, os avanços na tecnologia de deposição química de vapor (CVD) abriram novas possibilidades. Pesquisadores do Bell Labs, liderados por Rustum Roy, lançaram as bases para o CVD SiC, alcançando os primeiros revestimentos de SiC em superfícies de grafite.
A década de 1970 viu um grande avanço quando a Union Carbide Corporation aplicou grafite revestida com SiC no crescimento epitaxial de materiais semicondutores de nitreto de gálio (GaN). Este avanço desempenhou um papel fundamental em LEDs e lasers baseados em GaN de alto desempenho. Ao longo das décadas, os revestimentos de SiC expandiram-se além dos semicondutores para aplicações na indústria aeroespacial, automotiva e eletrônica de potência, graças a melhorias nas técnicas de fabricação.
Hoje, inovações como pulverização térmica, PVD e nanotecnologia estão melhorando ainda mais o desempenho e a aplicação de revestimentos de SiC, demonstrando seu potencial em campos de ponta.
2. Compreendendo as estruturas e usos cristalinos do SiC
O SiC possui mais de 200 politipos, categorizados por seus arranjos atômicos em estruturas cúbicas (3C), hexagonais (H) e romboédricas (R). Entre estes, 4H-SiC e 6H-SiC são amplamente utilizados em dispositivos optoeletrônicos e de alta potência, respectivamente, enquanto β-SiC é valorizado por sua superior condutividade térmica, resistência ao desgaste e resistência à corrosão.
β-SiCpropriedades únicas, como uma condutividade térmica de120-200 W/m·Ke um coeficiente de expansão térmica próximo ao grafite, tornam-no o material preferido para revestimentos de superfície em equipamentos de epitaxia de wafer.
3. Revestimentos de SiC: Propriedades e Técnicas de Preparação
Os revestimentos de SiC, normalmente β-SiC, são amplamente aplicados para melhorar as propriedades da superfície, como dureza, resistência ao desgaste e estabilidade térmica. Os métodos comuns de preparação incluem:
- Deposição Química de Vapor (CVD):Fornece revestimentos de alta qualidade com excelente aderência e uniformidade, ideais para substratos grandes e complexos.
- Deposição Física de Vapor (PVD):Oferece controle preciso sobre a composição do revestimento, adequado para aplicações de alta precisão.
- Técnicas de pulverização, deposição eletroquímica e revestimento de lama: Servem como alternativas econômicas para aplicações específicas, embora com limitações variadas em adesão e uniformidade.
Cada método é escolhido com base nas características do substrato e nos requisitos de aplicação.
4. Susceptores de grafite revestidos com SiC em MOCVD
Susceptores de grafite revestidos de SiC são indispensáveis na Deposição de Vapor Químico Orgânico Metálico (MOCVD), um processo chave na fabricação de semicondutores e materiais optoeletrônicos.
Esses susceptores fornecem suporte robusto para o crescimento do filme epitaxial, garantindo estabilidade térmica e reduzindo a contaminação por impurezas. O revestimento SiC também melhora a resistência à oxidação, as propriedades da superfície e a qualidade da interface, permitindo um controle preciso durante o crescimento do filme.
5. Avançando em direção ao futuro
Nos últimos anos, esforços significativos têm sido direcionados para melhorar os processos de produção de substratos de grafite revestidos com SiC. Os pesquisadores estão se concentrando em melhorar a pureza, uniformidade e vida útil do revestimento, ao mesmo tempo em que reduzem custos. Além disso, a exploração de materiais inovadores comorevestimentos de carboneto de tântalo (TaC)oferece melhorias potenciais na condutividade térmica e resistência à corrosão, abrindo caminho para soluções de próxima geração.
À medida que a demanda por susceptores de grafite revestidos de SiC continua a crescer, os avanços na fabricação inteligente e na produção em escala industrial apoiarão ainda mais o desenvolvimento de produtos de alta qualidade para atender às crescentes necessidades das indústrias de semicondutores e optoeletrônica.
Horário da postagem: 24 de novembro de 2023