सिलिकॉन कार्बाइड इतिहास और सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग अनुप्रयोग

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का विकास और अनुप्रयोग

1. SiC में नवाचार की एक सदी
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) की यात्रा 1893 में शुरू हुई, जब एडवर्ड गुडरिच एचेसन ने क्वार्ट्ज और कार्बन के विद्युत तापन के माध्यम से SiC के औद्योगिक उत्पादन को प्राप्त करने के लिए कार्बन सामग्री का उपयोग करते हुए एचेसन भट्टी को डिजाइन किया। इस आविष्कार ने SiC के औद्योगीकरण की शुरुआत को चिह्नित किया और एचेसन को पेटेंट दिलाया।

20वीं सदी की शुरुआत में, SiC को इसकी उल्लेखनीय कठोरता और पहनने के प्रतिरोध के कारण मुख्य रूप से अपघर्षक के रूप में उपयोग किया जाता था। 20वीं सदी के मध्य तक, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) तकनीक में प्रगति ने नई संभावनाओं को खोल दिया। रुस्तम रॉय के नेतृत्व में बेल लैब्स के शोधकर्ताओं ने ग्रेफाइट सतहों पर पहली SiC कोटिंग हासिल करके CVD SiC के लिए आधार तैयार किया।

1970 के दशक में एक बड़ी सफलता देखी गई जब यूनियन कार्बाइड कॉरपोरेशन ने गैलियम नाइट्राइड (GaN) सेमीकंडक्टर सामग्री के एपिटैक्सियल विकास में SiC-लेपित ग्रेफाइट को लागू किया। इस प्रगति ने उच्च-प्रदर्शन वाले GaN-आधारित एलईडी और लेजर में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। दशकों से, विनिर्माण तकनीकों में सुधार के कारण, SiC कोटिंग्स का विस्तार अर्धचालकों से परे एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोगों तक हो गया है।

आज, थर्मल स्प्रेइंग, पीवीडी और नैनोटेक्नोलॉजी जैसे नवाचार SiC कोटिंग्स के प्रदर्शन और अनुप्रयोग को और बढ़ा रहे हैं, जो अत्याधुनिक क्षेत्रों में इसकी क्षमता का प्रदर्शन कर रहे हैं।

2. SiC की क्रिस्टल संरचनाओं और उपयोगों को समझना
SiC में 200 से अधिक बहुप्रकार हैं, जिन्हें उनकी परमाणु व्यवस्था के आधार पर घन (3C), हेक्सागोनल (H), और rhombohedral (R) संरचनाओं में वर्गीकृत किया गया है। इनमें से, 4H-SiC और 6H-SiC का उपयोग क्रमशः उच्च-शक्ति और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है, जबकि β-SiC को इसकी बेहतर तापीय चालकता, पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के लिए महत्व दिया जाता है।

β-SiCअद्वितीय गुण, जैसे तापीय चालकता120-200 W/m·Kऔर थर्मल विस्तार गुणांक ग्रेफाइट से निकटता से मेल खाता है, जो इसे वेफर एपिटेक्सी उपकरण में सतह कोटिंग्स के लिए पसंदीदा सामग्री बनाता है।

3. SiC कोटिंग्स: गुण और तैयारी तकनीक
SiC कोटिंग्स, आमतौर पर β-SiC, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध और थर्मल स्थिरता जैसे सतह गुणों को बढ़ाने के लिए व्यापक रूप से लागू की जाती हैं। तैयारी के सामान्य तरीकों में शामिल हैं:

• रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी):उत्कृष्ट आसंजन और एकरूपता के साथ उच्च गुणवत्ता वाले कोटिंग्स प्रदान करता है, जो बड़े और जटिल सब्सट्रेट्स के लिए आदर्श है।
• भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी):उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त, कोटिंग संरचना पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है।
• छिड़काव तकनीक, विद्युत रासायनिक जमाव, और घोल कोटिंग: विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए लागत प्रभावी विकल्प के रूप में कार्य करें, हालांकि आसंजन और एकरूपता में अलग-अलग सीमाओं के साथ।

प्रत्येक विधि को सब्सट्रेट विशेषताओं और अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर चुना जाता है।

4. MOCVD में SiC-लेपित ग्रेफाइट सुसेप्टर्स
सेमीकंडक्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्री निर्माण में एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया, धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी) में सीआईसी-लेपित ग्रेफाइट रिसेप्टर्स अपरिहार्य हैं।

ये रिसेप्टर्स एपिटैक्सियल फिल्म विकास के लिए मजबूत समर्थन प्रदान करते हैं, थर्मल स्थिरता सुनिश्चित करते हैं और अशुद्धता संदूषण को कम करते हैं। SiC कोटिंग ऑक्सीकरण प्रतिरोध, सतह गुणों और इंटरफ़ेस गुणवत्ता को भी बढ़ाती है, जिससे फिल्म विकास के दौरान सटीक नियंत्रण सक्षम होता है।

5. भविष्य की ओर आगे बढ़ना
हाल के वर्षों में, SiC-लेपित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स की उत्पादन प्रक्रियाओं में सुधार लाने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास किए गए हैं। शोधकर्ता लागत कम करते हुए कोटिंग की शुद्धता, एकरूपता और जीवनकाल बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। इसके अतिरिक्त, जैसे नवीन सामग्रियों की खोजटैंटलम कार्बाइड (TaC) कोटिंग्सतापीय चालकता और संक्षारण प्रतिरोध में संभावित सुधार प्रदान करता है, जिससे अगली पीढ़ी के समाधानों का मार्ग प्रशस्त होता है।

जैसे-जैसे SiC-लेपित ग्रेफाइट रिसेप्टर्स की मांग बढ़ती जा रही है, बुद्धिमान विनिर्माण और औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन में प्रगति सेमीकंडक्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगों की बढ़ती जरूरतों को पूरा करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों के विकास का समर्थन करेगी।