Siliziumkarbid-Produktionsprozess

Siliziumkarbid (SiC) ist ein leistungsstarkes Halbleitermaterial, das aufgrund seiner hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit, Hochspannungsbeständigkeit und Hochfrequenzeigenschaften häufig in der Leistungselektronik, Optoelektronik und Hochfrequenzgeräten eingesetzt wird. Der Herstellungsprozess von Siliziumkarbid umfasst hauptsächlich die folgenden Schritte:

Rohstoffvorbereitung: Die Hauptrohstoffe für die Siliziumkarbidproduktion sind hochreines Siliziumpulver und Kohlenstoffpulver. Die Reinheit des Siliziumpulvers muss typischerweise über 99,999 % liegen, während für das Kohlenstoffpulver hochreiner Graphit oder Petrolkoks verwendet werden muss. Die Reinheit der Rohstoffe wirkt sich direkt auf die Leistung des Endprodukts aus.

Mischen und Formen: Siliziumpulver und Kohlenstoffpulver werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt, normalerweise mit einem auf etwa 1:1 kontrollierten Molverhältnis von Kohlenstoff{0}}zu-Silizium. Anschließend wird das gemischte Pulver zu einem Grünkörper gepresst. Die Formgebung kann je nach Anforderungen der Folgeprozesse durch Kaltpressen oder Heißpressen erfolgen.

Hochtemperatur-Reaktionssynthese: Der geformte Grünkörper wird in einem Hochtemperaturofen einer Reaktionssynthese unterzogen, wobei die Temperatur typischerweise zwischen 1600 und 2500 Grad kontrolliert wird. Bei diesem Prozess reagieren Silizium und Kohlenstoff chemisch zu Siliziumkarbid. Die Reaktionszeit variiert je nach Ofentyp und Prozessparametern zwischen mehreren Stunden und mehreren zehn Stunden.

Zerkleinerung und Sortierung: Die synthetisierten Siliziumkarbidblöcke müssen zerkleinert und klassiert werden, um Siliziumkarbidpulver mit der erforderlichen Partikelgröße zu erhalten. Zu den Zerkleinerungsgeräten gehören typischerweise Backenbrecher oder Kugelmühlen, während die Sortierung durch Sieben oder Windsichten erfolgt.

Reinigungsbehandlung: Um bei der Synthese eingebrachte Verunreinigungen zu entfernen, muss Siliziumkarbidpulver mit Säure gewaschen oder bei hoher Temperatur gereinigt werden. Bei der sauren Wäsche wird üblicherweise Salzsäure oder Flusssäure verwendet, während die Hochtemperaturreinigung unter einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen über 2000 Grad durchgeführt wird.

Sintern und Verdichten: Für Anwendungen, die Siliziumkarbid mit hoher -Dichte erfordern, muss das Pulver gesintert werden. Zu den Sinterverfahren gehören druckloses Sintern, Heißpressen und heißisostatisches Pressen. Die Sintertemperaturen liegen typischerweise zwischen 1800 und 2200 Grad, und die Zugabe von Sinterhilfsmitteln wie Bor oder Aluminium kann die Verdichtung fördern.

Bearbeitung und Prüfung: Der gesinterte Siliziumkarbid-Rohling erfordert eine Bearbeitung (z. B. Schneiden, Schleifen und Polieren), um die endgültigen Maß- und Oberflächenpräzisionsanforderungen zu erreichen. Nach der Verarbeitung sind strenge Leistungstests erforderlich, darunter Dichte, Härte, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Eigenschaften.