Công nghệ tinh chế than chì trong chất bán dẫn SiC

Ứng dụng than chì trong chất bán dẫn SiC và tầm quan trọng của độ tinh khiết

than chìrất quan trọng trong việc sản xuất chất bán dẫn Silicon Carbide (SiC), được biết đến với các đặc tính nhiệt và điện đặc biệt. Điều này làm cho SiC trở nên lý tưởng cho các ứng dụng năng lượng cao, nhiệt độ cao và tần số cao. Trong sản xuất chất bán dẫn SiC,than chìthường được sử dụng chonồi nấu kim loại, lò sưởi và các bộ phận xử lý nhiệt độ cao khácdo tính dẫn nhiệt tuyệt vời, tính ổn định hóa học và khả năng chống sốc nhiệt. Tuy nhiên, hiệu quả của than chì trong những vai trò này phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết của nó. Các tạp chất trong than chì có thể gây ra các khiếm khuyết không mong muốn trong tinh thể SiC, làm giảm hiệu suất của các thiết bị bán dẫn và làm giảm năng suất tổng thể của quy trình sản xuất. Với nhu cầu ngày càng tăng về chất bán dẫn SiC trong các ngành công nghiệp như xe điện, năng lượng tái tạo và viễn thông, nhu cầu về than chì siêu tinh khiết ngày càng trở nên cấp thiết. Than chì có độ tinh khiết cao đảm bảo đáp ứng các yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt của chất bán dẫn SiC, cho phép các nhà sản xuất sản xuất các thiết bị có hiệu suất và độ tin cậy vượt trội. Vì vậy, việc phát triển các phương pháp tinh chế tiên tiến để đạt được độ tinh khiết cực cao trongthan chìlà điều cần thiết để hỗ trợ thế hệ công nghệ bán dẫn SiC tiếp theo.

Thanh lọc hóa lý

Sự tiến bộ không ngừng của công nghệ tinh chế và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn thế hệ thứ ba đã dẫn đến sự xuất hiện của một phương pháp tinh chế than chì mới được gọi là tinh chế hóa lý. Phương pháp này bao gồm việc đặtsản phẩm than chìtrong lò chân không để gia nhiệt. Bằng cách tăng độ chân không trong lò, tạp chất trong sản phẩm than chì sẽ bay hơi khi đạt áp suất hơi bão hòa. Ngoài ra, khí halogen được sử dụng để chuyển đổi các oxit có điểm nóng chảy và điểm sôi cao trong tạp chất than chì thành các halogenua có điểm nóng chảy và điểm sôi thấp, đạt được hiệu quả tinh chế mong muốn.

Sản phẩm than chì có độ tinh khiết caođối với cacbua silic bán dẫn thế hệ thứ ba thường trải qua quá trình tinh chế bằng phương pháp vật lý và hóa học, với yêu cầu về độ tinh khiết ≥99,9995%. Ngoài độ tinh khiết, còn có các yêu cầu cụ thể về hàm lượng của một số nguyên tố tạp chất nhất định, chẳng hạn như hàm lượng tạp chất B 0,05 × 10^-6 và hàm lượng tạp chất Al ≤0,05 ×10^-6.

Việc tăng nhiệt độ lò và mức chân không dẫn đến sự bay hơi tự động của một số tạp chất trong sản phẩm than chì, do đó loại bỏ được tạp chất. Đối với các nguyên tố tạp chất cần nhiệt độ cao hơn để loại bỏ, khí halogen được sử dụng để chuyển chúng thành halogenua có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp hơn. Thông qua sự kết hợp của các phương pháp này, tạp chất trong than chì được loại bỏ một cách hiệu quả.

Ví dụ, khí clo từ nhóm halogen được đưa vào trong quá trình tinh chế để chuyển đổi oxit trong tạp chất than chì thành clorua. Do điểm nóng chảy và sôi của clorua thấp hơn đáng kể so với oxit của chúng, tạp chất trong than chì có thể được loại bỏ mà không cần nhiệt độ rất cao.

Quá trình thanh lọc

Trước khi tinh chế các sản phẩm than chì có độ tinh khiết cao được sử dụng trong chất bán dẫn SiC thế hệ thứ ba, điều cần thiết là phải xác định kế hoạch xử lý phù hợp dựa trên độ tinh khiết cuối cùng mong muốn, mức độ tạp chất cụ thể và độ tinh khiết ban đầu của các sản phẩm than chì. Quá trình này phải tập trung vào việc loại bỏ có chọn lọc các nguyên tố quan trọng như boron (B) và nhôm (Al). Kế hoạch thanh lọc được xây dựng bằng cách đánh giá mức độ tinh khiết ban đầu và mục tiêu, cũng như các yêu cầu đối với các nguyên tố cụ thể. Điều này liên quan đến việc lựa chọn quy trình tinh chế tối ưu và tiết kiệm chi phí nhất, bao gồm việc xác định các thông số khí halogen, áp suất lò và nhiệt độ quy trình. Những dữ liệu quy trình này sau đó được đưa vào thiết bị lọc để thực hiện quy trình. Sau khi tinh chế, thử nghiệm của bên thứ ba được tiến hành để xác minh việc tuân thủ các tiêu chuẩn bắt buộc và các sản phẩm đủ tiêu chuẩn sẽ được giao cho người dùng cuối.