Polykristallin kiselkarbid har många viktiga användningsområden, men bearbetningen av detta spröda material är en utmaning. Oftast förlitar sig processen på diamantslipning, vilket kan skada både ytkvaliteten och materialets underliggande kvalitet.
Elkem Processing Services levererar detta material från sin toppmoderna anläggning i Liege i Belgien för att säkerställa kvalitetsresultat.
Hög värmeledningsförmåga
Kiselkarbid (SiC) är ett avancerat polykristallint material med utmärkta egenskaper för termisk och kemisk ledningsförmåga, som framställs med olika metoder, t.ex. genom att kiseldioxid och kol reagerar vid höga temperaturer i en elektrisk ugn eller genom maskinbearbetning och polering för användning i hårddiskar, läs- och skrivhuvuden eller ballistiska pansartillämpningar. SiC tål extremt höga temperaturer vilket gör det lämpligt för användning i extrema miljöer och applikationer.
CVD SiC har hög polerbarhet och värmeledningsförmåga, vilket gör det till ett billigare alternativ än sintrad eller reaktionsbunden SiC. CVD SiC är en ekonomisk polykristallin form av kubiskt ytcentrerat material och kan även användas i applikationer som kräver hög temperatur, t.ex. MEMS eller kraftelektronik.
CVD-användning av 5% monometylsilan utspädd med väte (MMS, 6 sccm) som dess prekursor, med H2 (9 sccm). Deponeringen innebär att en glödtråd roteras vid 1 Hz med kontakt mellan den och det uppvärmda substratet; när den är klar uppvisar filmen ett kristallordningsförhållande på 100 och egenskaper som skiljer sig avsevärt från deras Bragg-diffraktionsmotsvarigheter i flera breddgrader.
Hög elektrisk ledningsförmåga
Kiselkarbidens låga elektriska resistivitet och styrka gör det till ett önskvärt material för tillämpningar som kräver överlägsen elektrisk ledningsförmåga, t.ex. vid förhöjda temperaturer eller i extrema miljöer. Dess överlägsna värmeledningsförmåga och termiska stabilitet gör det också lämpligt för användning under extrema förhållanden. Tyvärr kan dock kemiska och strukturella egenskaper hos poröst SiC avsevärt minska dess elektriska ledningsförmåga, vilket tvingar forskare att genomföra omfattande försök med olika kemiska sammansättningar och glödgningsbetingelser för att öka dess elektriska ledningsförmåga.
Polykristallin SiC:s elektriska egenskaper kan påverkas av dess syrehalt. Syre minskar bandgapsenergin och förändrar därmed den elektriska ledningsförmågan hos polykristallint material och förändrar dess elektriska ledningsförmåga. Dessutom har jonsammansättningen en avgörande inverkan på de elektriska egenskaperna.
För att uppnå hög elektrisk ledningsförmåga hos polykristallin SiC krävs noggrann kontroll av temperaturgradienterna under kristalltillväxten. En metallfilm kan fungera som en mall för att styra tillväxten av amorft kisel; när det utsätts för höga temperaturgradienter kommer detta amorfa kisel att kristallisera till kristallina kiselkarbidkristaller.
Hög hållfasthet
Den polykristallina kiselkarbidens överlägsna hållfasthet gör den till ett lämpligt substratmaterial för hårddiskar. För snurrande diskar som kräver upp till 10.000 rotationer per minut med huvuden som glider inom 0,025 mikrometer från substratytan krävs ett högkvalitativt substratmaterial som kan bära magnetiska medier. För att detta ska vara effektivt krävs ett substrat med få defekter som orsakar gropbildning, vilket leder till dataförlust och andra problem. Denna uppfinning avser en polykristallin kiselkarbidkropp med en böjhållfasthet på 500 N/mm2, vilket ger datasäkerhet vid rumstemperatur. Denna kropp kan skapas med hjälp av pulverblandningar som innehåller upp till 3% vikt av en tillsats som innehåller fritt kol, såsom kimrök. Ett tillfälligt bindemedel kan också tillsättas; lämpliga exempel inkluderar acetylensvart, polyvinylalkohol eller stearinsyra.
Nuvarande porösa kiselkarbidkeramiska monoliter, som tillverkas genom konsolidering av finfördelade partiklar, är för porösa för att kunna bära kretslinjer som är mindre än 0,25 mikrometer breda. Även om sintring av dessa pulver kan hjälpa till att förtäta dem, kommer betydande mängder icke-stökiometrisk kiselmetall och kol att finnas kvar i ytporer och korngränser, på grund av föroreningar från råmaterial eller processutrustning som påverkar deras storlek eller antal porer.
Motståndskraft mot höga temperaturer
Kiselkarbid (SiC) är ett industriellt material med unika egenskaper som gör det lämpligt för högtemperaturtillämpningar, inklusive ugnar. SiC har hög mekanisk hållfasthet, kemisk inertitet, utmärkt krypmotstånd och låg värmeutvidgning och ledningsförmåga - egenskaper som gör det lämpligt för ugnsanvändning. Dessutom är SiC extremt hårt och nötningsbeständigt samtidigt som det har låga friktionsegenskaper.
SiC är ett halvledarmaterial med brett bandgap som kan dopas till antingen n-typ (med kväve- eller fosfordopningsmedel) eller p-typ (med bor-, aluminium- eller galliumdopningsmedel) beroende på hur det tillverkas och dopas med dessa grundämnen. SiC finns i elektroniska enheter som dioder och transistorer på grund av dess relativt höga elektriska ledningsförmåga, utmärkta värmeavledningsförmåga och låga värmeutvidgningskoefficient.
Föreliggande uppfinning ger fristående kemisk ångdeponerad polykristallin kiselkarbid i b-fas med reducerade staplingsfel och andra kristallina defekter och ett ordningstal mindre än 0,10. Dessutom har denna uppfinning fononernas genomsnittliga fria väg som överstiger 100 nanometer, vilket möjliggör energidissipation över dess gitter utan att kollidera med staplingsfel, korngränser eller punktdefekter.
Stabilitet vid höga temperaturer
Den polykristallina kiselkarbidens höga temperaturstabilitet gör den till ett ovärderligt material i applikationer för kraftelektronik och elfordon, där dess värmeledningsförmåga klarar höga värmebelastningar utan att komponenterna överhettas. Dessutom gör dess motståndskraft mot nötning och kemisk korrosion att det även lämpar sig för kylkomponenter.
Polykristallin kiselkarbid kan produceras med olika metoder, inklusive varmpressning och direkt sintring. Sintringshjälpmedel som kol kan också bidra till att förbättra förtätningen och de mekaniska egenskaperna hos detta material; kol reagerar med ytligt SiO2 för att stoppa avdunstningen samtidigt som kornen förtätas; medan bor verkar för att eliminera ytdiffusion samtidigt som korngränsenergin förändras.
Ohmska och lågresistenta elektriska kontakter demonstrerades på polykristallin kiselkarbid i b-fas via kemisk förångningsdeponering med väte (H2, 94 standardkubikcentimeter per minut) och metyltriklorsilan (MMS, 6 standardkubikcentimeter per minut). Långsiktiga åldringstester i syreatmosfär har bekräftat att deras prestanda förblir intakta upp till 900 grader Celsius.
Swedish 
English