سلیکن کاربائیڈ کی مختصر تاریخ اور سلیکن کاربائیڈ کوٹنگز کے اطلاقات

1. SiC کی ترقی

1893 میں، ایس آئی سی کے دریافت کرنے والے ایڈورڈ گڈرچ ایچیسن نے کوارٹج اور کاربن کے مرکب کو برقی طور پر گرم کر کے سلیکون کاربائیڈ کی صنعتی پیداوار شروع کرنے کے لیے کاربن مواد کا استعمال کرتے ہوئے ایک ریزسٹر فرنس ڈیزائن کیا جسے Acheson فرنس کہا جاتا ہے۔ اس کے بعد اس نے اس ایجاد کے لیے پیٹنٹ دائر کیا۔

20ویں صدی کے اوائل سے وسط تک، اس کی غیر معمولی سختی اور پہننے کی مزاحمت کی وجہ سے، سلکان کاربائیڈ بنیادی طور پر پیسنے اور کاٹنے کے اوزار میں کھرچنے والے کے طور پر استعمال ہوتا تھا۔

1950 اور 1960 کی دہائیوں کے دوران، کی آمد کے ساتھکیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) ٹیکنالوجیریاستہائے متحدہ میں بیل لیبز میں رستم رائے جیسے سائنسدانوں نے CVD SiC ٹیکنالوجی میں تحقیق کا آغاز کیا۔ انہوں نے SiC بخارات کو جمع کرنے کے عمل کو تیار کیا اور اس کی خصوصیات اور ایپلی کیشنز کے بارے میں ابتدائی تحقیقات کیں، جس سے اس کی پہلی جمعگریفائٹ کی سطحوں پر ایس آئی سی کوٹنگز. اس کام نے SiC کوٹنگ مواد کی CVD تیاری کے لیے ایک اہم بنیاد رکھی۔

1963 میں، بیل لیبز کے محققین ہاورڈ واچٹیل اور جوزف ویلز نے CVD Incorporated کی بنیاد رکھی، جس نے SiC اور دیگر سیرامک ​​کوٹنگ مواد کے لیے کیمیائی بخارات جمع کرنے والی ٹیکنالوجیز کی ترقی پر توجہ مرکوز کی۔ 1974 میں، انہوں نے پہلی صنعتی پیداوار حاصل کی۔سلکان کاربائڈ لیپت گریفائٹ مصنوعات. اس سنگ میل نے گریفائٹ کی سطحوں پر سلکان کاربائیڈ کوٹنگز کی ٹیکنالوجی میں نمایاں پیش رفت کی، جس سے سیمی کنڈکٹرز، آپٹکس، اور ایرو اسپیس جیسے شعبوں میں ان کے وسیع پیمانے پر استعمال کی راہ ہموار ہوئی۔

1970 کی دہائی میں، یونین کاربائیڈ کارپوریشن (اب ڈاؤ کیمیکل کی مکمل ملکیتی ذیلی کمپنی) کے محققین نے پہلی بار درخواست دی۔سلکان کاربائڈ لیپت گریفائٹ اڈوںسیمی کنڈکٹر مواد جیسے گیلیم نائٹرائڈ (GaN) کی اپیٹیکسیل نمو میں۔ یہ ٹیکنالوجی اعلیٰ کارکردگی کی تیاری کے لیے اہم تھی۔GaN پر مبنی ایل ای ڈی(روشنی سے خارج کرنے والے ڈایڈس) اور لیزر، بعد کے لیے بنیاد ڈالتے ہیں۔سلکان کاربائیڈ ایپیٹیکسی ٹیکنالوجیاور سیمی کنڈکٹر فیلڈ میں سلکان کاربائیڈ مواد کے استعمال میں ایک اہم سنگ میل بننا۔

1980 کی دہائی سے لے کر 21 ویں صدی کے اوائل تک، مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجیز میں ہونے والی پیشرفت نے سلیکون کاربائیڈ کوٹنگز کے صنعتی اور تجارتی استعمال کو ایرو اسپیس سے لے کر آٹوموٹیو، پاور الیکٹرانکس، سیمی کنڈکٹر آلات، اور مختلف صنعتی اجزاء کو اینٹی کورروشن کوٹنگز کے طور پر بڑھا دیا۔

21ویں صدی کے اوائل سے لے کر آج تک، تھرمل اسپرے، پی وی ڈی، اور نینو ٹیکنالوجی کی ترقی نے کوٹنگ کی تیاری کے نئے طریقے متعارف کرائے ہیں۔ محققین نے مادی کارکردگی کو مزید بڑھانے کے لیے نانوسکل سلکان کاربائیڈ کوٹنگز کی تلاش اور ترقی شروع کی۔

خلاصہ میں، کے لئے تیاری ٹیکنالوجیسی وی ڈی سلکان کاربائیڈ کوٹنگزپچھلی چند دہائیوں کے دوران لیبارٹری ریسرچ سے صنعتی ایپلی کیشنز میں منتقل ہوا ہے، مسلسل ترقی اور کامیابیاں حاصل کر رہی ہیں۔

2. SiC کرسٹل ڈھانچہ اور ایپلی کیشن فیلڈز

سلیکان کاربائیڈ میں 200 سے زیادہ پولی ٹائپس ہیں، بنیادی طور پر کاربن اور سلیکون ایٹموں کے اسٹیکنگ ترتیب کی بنیاد پر تین اہم گروپس میں درجہ بندی کی گئی ہے: کیوبک (3C)، ہیکساگونل (H)، اور rhombohedral®۔ عام مثالوں میں 2H-SiC، 3C-SiC، 4H-SiC، 6H-SiC، اور 15R-SiC شامل ہیں۔ ان کو بڑے پیمانے پر دو بڑی اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

شکل 1: سلکان کاربائیڈ کا کرسٹل ڈھانچہ

α-SiC:یہ اعلی درجہ حرارت کا مستحکم ڈھانچہ ہے اور فطرت میں پائی جانے والی اصل ساخت کی قسم ہے۔

β-SiC:یہ کم درجہ حرارت کا مستحکم ڈھانچہ ہے، جو تقریباً 1450 ° C پر سلکان اور کاربن کے رد عمل سے بن سکتا ہے۔ β-SiC 2100-2400°C کے درمیان درجہ حرارت پر α-SiC میں تبدیل ہو سکتا ہے۔

مختلف SiC پولی ٹائپ کے مختلف استعمال ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، α-SiC میں 4H-SiC ہائی پاور ڈیوائسز بنانے کے لیے موزوں ہے، جب کہ 6H-SiC سب سے زیادہ مستحکم قسم ہے اور آپٹو الیکٹرانک آلات میں استعمال ہوتی ہے۔ β-SiC، RF آلات میں استعمال ہونے کے علاوہ، ایک پتلی فلم اور اعلی درجہ حرارت، زیادہ پہننے والے، اور انتہائی سنکنرن ماحول میں کوٹنگ مواد کے طور پر بھی اہم ہے، جو حفاظتی افعال فراہم کرتا ہے۔ β-SiC کے α-SiC پر کئی فوائد ہیں:

(1)اس کی تھرمل چالکتا 120-200 W/m·K کے درمیان ہے، نمایاں طور پر α-SiC کی 100-140 W/m·K سے زیادہ ہے۔

(2) β-SiC زیادہ سختی اور لباس مزاحمت کی نمائش کرتا ہے۔

(3) سنکنرن مزاحمت کے لحاظ سے، جب کہ α-SiC غیر آکسیڈائزنگ اور ہلکے تیزابیت والے ماحول میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، β-SiC زیادہ جارحانہ آکسائڈائزنگ اور سخت الکلین حالات میں مستحکم رہتا ہے، کیمیائی ماحول کی ایک وسیع رینج میں اپنی اعلی سنکنرن مزاحمت کا مظاہرہ کرتا ہے۔ .

مزید برآں، β-SiC کا تھرمل ایکسپینشن گتانک گریفائٹ سے قریب سے میل کھاتا ہے، جو ان مشترکہ خصوصیات کی وجہ سے ویفر ایپیٹیکسی آلات میں گریفائٹ بیسز پر سطح کی کوٹنگز کے لیے ترجیحی مواد بناتا ہے۔

3۔ SiC کوٹنگز اور تیاری کے طریقے

(1) ایس سی کوٹنگز

SiC کوٹنگز β-SiC سے بنی پتلی فلمیں ہیں، جو مختلف کوٹنگ یا جمع کرنے کے عمل کے ذریعے سبسٹریٹ سطحوں پر لاگو ہوتی ہیں۔ یہ ملعمع کاری عام طور پر سختی، پہننے کی مزاحمت، سنکنرن مزاحمت، آکسیکرن مزاحمت، اور اعلی درجہ حرارت کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ سلیکون کاربائیڈ کوٹنگز کے مختلف ذیلی ذخائر جیسے سیرامکس، دھاتیں، شیشہ اور پلاسٹک میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں اور یہ ایرو اسپیس، آٹوموٹو مینوفیکچرنگ، الیکٹرانکس اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔

شکل 2: گریفائٹ سطح پر SiC کوٹنگ کا کراس سیکشنل مائکرو اسٹرکچر

(2)  تیاری کے طریقے

SiC کوٹنگز کی تیاری کے اہم طریقوں میں کیمیائی بخارات جمع (CVD)، جسمانی بخارات جمع (PVD)، چھڑکنے کی تکنیک، الیکٹرو کیمیکل جمع، اور سلری کوٹنگ سنٹرنگ شامل ہیں۔

کیمیائی بخارات جمع (CVD):

سی وی ڈی سلکان کاربائیڈ کوٹنگز کی تیاری کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والے طریقوں میں سے ایک ہے۔ سی وی ڈی کے عمل کے دوران، سلکان اور کاربن پر مشتمل پیشگی گیسوں کو رد عمل کے چیمبر میں متعارف کرایا جاتا ہے، جہاں وہ سلکان اور کاربن ایٹم پیدا کرنے کے لیے اعلی درجہ حرارت پر گل جاتی ہیں۔ یہ ایٹم سبسٹریٹ کی سطح پر جذب ہوتے ہیں اور سلکان کاربائیڈ کوٹنگ بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ پروسیس کے کلیدی پیرامیٹرز جیسے کہ گیس کے بہاؤ کی شرح، جمع کرنے کا درجہ حرارت، جمع کرنے کا دباؤ، اور وقت کو کنٹرول کرتے ہوئے، موٹائی، سٹوچیومیٹری، اناج کا سائز، کرسٹل ڈھانچہ، اور کوٹنگ کی واقفیت کو مخصوص درخواست کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے بالکل ٹھیک بنایا جا سکتا ہے۔ اس طریقہ کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ بڑے اور پیچیدہ سائز کے ذیلی ذخیروں کو اچھی چپکنے اور بھرنے کی صلاحیتوں کے ساتھ کوٹنگ کرنے کے لیے موزوں ہے۔ تاہم، سی وی ڈی کے عمل میں استعمال ہونے والے پیشرو اور ضمنی مصنوعات اکثر آتش گیر اور سنکنار ہوتے ہیں، جو پیداوار کو خطرناک بناتے ہیں۔ مزید برآں، خام مال کے استعمال کی شرح نسبتاً کم ہے، اور تیاری کے اخراجات زیادہ ہیں۔

جسمانی بخارات جمع (PVD):

PVD میں جسمانی طریقوں کا استعمال شامل ہے جیسے تھرمل بخارات یا ہائی ویکیوم کے نیچے میگنیٹران اسپٹرنگ کا استعمال کرتے ہوئے اعلی پاکیزگی والے سلکان کاربائیڈ مواد کو بخارات بنا کر سبسٹریٹ کی سطح پر گاڑھا کر ایک پتلی فلم بناتی ہے۔ یہ طریقہ کوٹنگ کی موٹائی اور ساخت پر قطعی کنٹرول کرنے کی اجازت دیتا ہے، گھنے سلکان کاربائیڈ کوٹنگز تیار کرتا ہے جو اعلیٰ درستگی کے استعمال کے لیے موزوں ہوتا ہے جیسے کٹنگ ٹول کوٹنگز، سیرامک ​​کوٹنگز، آپٹیکل کوٹنگز، اور تھرمل بیریئر کوٹنگز۔ تاہم، پیچیدہ شکل والے اجزا پر یکساں کوریج حاصل کرنا، خاص طور پر چھٹیوں یا سایہ دار علاقوں میں، مشکل ہے۔ مزید برآں، کوٹنگ اور سبسٹریٹ کے درمیان آسنجن ناکافی ہو سکتا ہے۔ پی وی ڈی کا سامان مہنگا ہائی ویکیوم سسٹمز اور درست کنٹرول کے آلات کی ضرورت کی وجہ سے مہنگا ہے۔ مزید برآں، جمع کرنے کی شرح سست ہے، جس کے نتیجے میں پیداواری کارکردگی کم ہوتی ہے، جو اسے بڑے پیمانے پر صنعتی پیداوار کے لیے غیر موزوں بناتی ہے۔

سپرے کی تکنیک:

اس میں مائع مواد کو سبسٹریٹ کی سطح پر چھڑکنا اور کوٹنگ بنانے کے لیے مخصوص درجہ حرارت پر ٹھیک کرنا شامل ہے۔ یہ طریقہ آسان اور سستا ہے، لیکن نتیجے میں بننے والی کوٹنگز عام طور پر سبسٹریٹ کے ساتھ کمزور چپکنے، کمزور یکسانیت، پتلی کوٹنگز، اور کم آکسیڈیشن مزاحمت کو ظاہر کرتی ہیں، اکثر کارکردگی کو بڑھانے کے لیے اضافی طریقوں کی ضرورت ہوتی ہے۔

الیکٹرو کیمیکل جمع:

یہ تکنیک سلکان کاربائیڈ کو حل سے سبسٹریٹ کی سطح پر جمع کرنے کے لیے الیکٹرو کیمیکل رد عمل کا استعمال کرتی ہے۔ الیکٹروڈ کی صلاحیت اور پیشگی حل کی ساخت کو کنٹرول کرکے، یکساں کوٹنگ کی ترقی حاصل کی جاسکتی ہے۔ اس طریقہ سے تیار کردہ سلیکون کاربائیڈ کوٹنگز مخصوص شعبوں میں لاگو ہوتی ہیں جیسے کیمیکل/بیولوجیکل سینسرز، فوٹو وولٹک ڈیوائسز، لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے الیکٹروڈ مواد، اور سنکنرن مزاحم کوٹنگز۔

سلوری کوٹنگ اور سنٹرنگ:

اس طریقہ کار میں کوٹنگ کے مواد کو بائنڈر کے ساتھ ملا کر ایک گارا بنانا شامل ہے، جو سبسٹریٹ کی سطح پر یکساں طور پر لگایا جاتا ہے۔ خشک ہونے کے بعد، لیپت شدہ ورک پیس کو ایک غیر فعال ماحول میں اعلی درجہ حرارت پر سینٹر کیا جاتا ہے تاکہ مطلوبہ کوٹنگ بن سکے۔ اس کے فوائد میں سادہ اور آسان آپریشن اور قابل کنٹرول کوٹنگ کی موٹائی شامل ہے، لیکن کوٹنگ اور سبسٹریٹ کے درمیان تعلقات کی طاقت اکثر کمزور ہوتی ہے۔ کوٹنگز میں تھرمل جھٹکا مزاحمت، کم یکسانیت، اور متضاد عمل بھی ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہوتے۔

مجموعی طور پر، مناسب سلکان کاربائیڈ کوٹنگ کی تیاری کے طریقہ کار کو منتخب کرنے کے لیے کارکردگی کے تقاضوں، سبسٹریٹ کی خصوصیات، اور لاگت کے اطلاق کے منظر نامے کی بنیاد پر ایک جامع غور کرنے کی ضرورت ہے۔

4. SiC- Coated Graphite Susceptors

ایس سی لیپت گریفائٹ سسپٹرز اس میں اہم ہیں۔دھاتی نامیاتی کیمیائی بخارات جمع (MOCVD) کے عملسیمی کنڈکٹرز، آپٹو الیکٹرانکس اور دیگر مادی علوم کے شعبوں میں پتلی فلموں اور کوٹنگز کی تیاری کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والی تکنیک۔

تصویر 3

5. MOCVD آلات میں SiC- Coated Graphite Substrates کے افعال

میٹل آرگینک کیمیکل وانپ ڈیپوزیشن (MOCVD) کے عمل میں SiC کوٹڈ گریفائٹ سبسٹریٹس بہت اہم ہیں، یہ ایک تکنیک ہے جو سیمی کنڈکٹرز، آپٹو الیکٹرانکس اور دیگر مادی سائنس کے شعبوں میں پتلی فلموں اور کوٹنگز کی تیاری کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔

شکل 4: Semicorex CVD کا سامان

معاون کیریئر:MOCVD میں، سیمی کنڈکٹر مواد ویفر سبسٹریٹ کی سطح پر تہہ بہ تہہ بڑھ سکتا ہے، مخصوص خصوصیات اور ساخت کے ساتھ پتلی فلمیں بناتا ہے۔SiC لیپت گریفائٹ کیریئرکے لیے ایک مضبوط اور مستحکم پلیٹ فارم فراہم کرتے ہوئے ایک معاون کیریئر کے طور پر کام کرتا ہے۔epitaxyسیمی کنڈکٹر پتلی فلموں کا۔ بہترین تھرمل استحکام اور SiC کوٹنگ کی کیمیائی جڑت اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں سبسٹریٹ کے استحکام کو برقرار رکھتی ہے، سنکنرن گیسوں کے ساتھ رد عمل کو کم کرتی ہے، اور بڑھتی ہوئی سیمی کنڈکٹر فلموں کی اعلی پاکیزگی اور مستقل خصوصیات اور ڈھانچے کو یقینی بناتی ہے۔ مثالوں میں MOCVD آلات میں GaN ایپیٹیکسیل گروتھ کے لیے SiC کوٹڈ گریفائٹ سبسٹریٹس، سنگل کرسٹل سلکان ایپیٹیکسیل گروتھ (فلیٹ سبسٹریٹس، گول سبسٹریٹس، تھری ڈائمینشنل سبسٹریٹس) کے لیے SiC کوٹڈ گریفائٹ سبسٹریٹس اور SiC کوٹڈ گریفائٹ سبسٹریٹس شامل ہیں۔ایس آئی سی ایپیٹیکسیل نمو.

تھرمل استحکام اور آکسیکرن مزاحمت:MOCVD عمل میں اعلی درجہ حرارت کے رد عمل اور آکسائڈائزنگ گیسیں شامل ہو سکتی ہیں۔ SiC کوٹنگ گریفائٹ سبسٹریٹ کے لیے اضافی تھرمل استحکام اور آکسیکرن تحفظ فراہم کرتی ہے، اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں ناکامی یا آکسیکرن کو روکتی ہے۔ یہ پتلی فلم کی نمو کی مستقل مزاجی کو کنٹرول کرنے اور اسے برقرار رکھنے کے لیے بہت ضروری ہے۔

میٹریل انٹرفیس اور سطح کی خصوصیات کا کنٹرول:SiC کوٹنگ فلم اور سبسٹریٹ کے درمیان تعاملات کو متاثر کر سکتی ہے، جس سے نمو کے طریقوں، جالیوں کے ملاپ اور انٹرفیس کے معیار کو متاثر کیا جا سکتا ہے۔ ایس آئی سی کوٹنگ کی خصوصیات کو ایڈجسٹ کرکے، زیادہ درست مواد کی ترقی اور انٹرفیس کنٹرول حاصل کیا جا سکتا ہے، کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہےepitaxial فلمیں.

ناپاکی کی آلودگی کو کم کرنا:SiC کوٹنگز کی اعلیٰ پاکیزگی گریفائٹ سبسٹریٹس سے ہونے والی ناپاکی کی آلودگی کو کم کر سکتی ہے، اس بات کو یقینی بناتی ہے کہبڑھتی ہوئی ایپیٹیکسیل فلمیںمطلوبہ اعلی پاکیزگی ہے. یہ سیمی کنڈکٹر آلات کی کارکردگی اور وشوسنییتا کے لیے ضروری ہے۔

شکل 5: سیمیکوریکسسی سی لیپت گریفائٹ ریسیپٹرایپیٹیکسی میں ویفر کیریئر کے طور پر

خلاصہ،سی سی لیپت گریفائٹ سبسٹریٹسMOCVD کے عمل میں بہتر بنیاد کی حمایت، تھرمل استحکام، اور انٹرفیس کنٹرول فراہم کرتا ہے، اعلی معیار کی ترقی اور تیاری کو فروغ دیتا ہےepitaxial فلمیں.

6. نتیجہ اور آؤٹ لک

فی الحال، چین میں تحقیقی ادارے پیداواری عمل کو بہتر بنانے کے لیے وقف ہیں۔سلکان کاربائڈ لیپت گریفائٹ susceptors، کوٹنگ کی پاکیزگی اور یکسانیت میں اضافہ، اور پیداواری لاگت کو کم کرتے ہوئے SiC کوٹنگز کے معیار اور عمر میں اضافہ۔ اس کے ساتھ ساتھ، وہ پیداواری کارکردگی اور مصنوعات کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے سلکان کاربائیڈ لیپت گریفائٹ سبسٹریٹس کے لیے ذہین مینوفیکچرنگ کے عمل کو حاصل کرنے کے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔ صنعت کی صنعت کاری میں سرمایہ کاری بڑھ رہی ہے۔سلکان کاربائیڈ لیپت گریفائٹ سبسٹریٹسمارکیٹ کی طلب کو پورا کرنے کے لیے پیداواری پیمانے اور مصنوعات کے معیار کو بڑھانا۔ حال ہی میں، تحقیقی ادارے اور صنعتیں فعال طور پر نئی کوٹنگ ٹیکنالوجیز کی تلاش کر رہی ہیں، جیسے کہگریفائٹ سسپٹرز پر ٹی اے سی کوٹنگز، تھرمل چالکتا اور سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنانے کے لئے.**

Semicorex CVD SiC کوٹیڈ مواد کے لیے اعلیٰ معیار کے اجزاء پیش کرتا ہے۔ اگر آپ کی کوئی پوچھ گچھ ہے یا اضافی تفصیلات کی ضرورت ہے، تو براہ کرم ہم سے رابطہ کرنے میں سنکوچ نہ کریں۔

فون نمبر +86-13567891907 سے رابطہ کریں۔

ای میل: sales@semicorex.com