સિલિકોન કાર્બાઇડ ઇતિહાસ અને સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ એપ્લિકેશન

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) નો વિકાસ અને એપ્લિકેશન

1. SiC માં નવીનતાની સદી
સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) ની સફર 1893 માં શરૂ થઈ, જ્યારે એડવર્ડ ગુડરિચ અચેસને ક્વાર્ટઝ અને કાર્બનના ઇલેક્ટ્રિકલ હીટિંગ દ્વારા SiCનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન હાંસલ કરવા માટે કાર્બન સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને અચેસન ભઠ્ઠીની રચના કરી. આ શોધે SiC ના ઔદ્યોગિકીકરણની શરૂઆત કરી અને એચેસનને પેટન્ટ મેળવ્યું.

20મી સદીની શરૂઆતમાં, તેની નોંધપાત્ર કઠિનતા અને વસ્ત્રોના પ્રતિકારને કારણે SiC મુખ્યત્વે ઘર્ષક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતું હતું. 20મી સદીના મધ્ય સુધીમાં, કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (CVD) ટેક્નોલોજીમાં થયેલી પ્રગતિએ નવી શક્યતાઓ ખોલી. રુસ્તુમ રોયની આગેવાની હેઠળ બેલ લેબ્સના સંશોધકોએ, ગ્રેફાઇટ સપાટી પર પ્રથમ SiC કોટિંગ હાંસલ કરીને, CVD SiC માટે પાયો નાખ્યો.

યુનિયન કાર્બાઈડ કોર્પોરેશને ગેલિયમ નાઈટ્રાઈડ (GaN) સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલના એપિટેક્સિયલ ગ્રોથમાં SiC-કોટેડ ગ્રેફાઈટનો ઉપયોગ કર્યો ત્યારે 1970ના દાયકામાં એક મોટી સફળતા જોવા મળી. આ ઉન્નતિએ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન GaN-આધારિત LEDs અને લેસરોમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવી હતી. દાયકાઓમાં, SiC કોટિંગ્સ સેમિકન્ડક્ટરથી આગળ એરોસ્પેસ, ઓટોમોટિવ અને પાવર ઈલેક્ટ્રોનિક્સમાં એપ્લિકેશન્સ સુધી વિસ્તરી છે, ઉત્પાદન તકનીકોમાં સુધારાને કારણે.

આજે, થર્મલ સ્પ્રેઇંગ, PVD અને નેનો ટેકનોલોજી જેવી નવીનતાઓ SiC કોટિંગ્સની કામગીરી અને એપ્લિકેશનમાં વધુ વધારો કરી રહી છે, જે અદ્યતન ક્ષેત્રોમાં તેની સંભવિતતા દર્શાવે છે.

2. SiC ના ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સ અને ઉપયોગોને સમજવું
SiC 200 થી વધુ પોલિટાઇપ્સ ધરાવે છે, જે તેમની અણુ વ્યવસ્થા દ્વારા ઘન (3C), ષટ્કોણ (H) અને રોમ્બોહેડ્રલ (R) માળખામાં વર્ગીકૃત થયેલ છે. આ પૈકી, 4H-SiC અને 6H-SiC નો અનુક્રમે ઉચ્ચ-શક્તિ અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જ્યારે β-SiC તેની શ્રેષ્ઠ થર્મલ વાહકતા, વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને કાટ પ્રતિકાર માટે મૂલ્યવાન છે.

β-SiC'sની થર્મલ વાહકતા જેવા અનન્ય ગુણધર્મો120-200 W/m·Kઅને ગ્રેફાઇટ સાથે નજીકથી મેળ ખાતો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, તેને વેફર એપિટેક્સી સાધનોમાં સપાટીના કોટિંગ માટે પસંદગીની સામગ્રી બનાવે છે.

3. SiC કોટિંગ્સ: ગુણધર્મો અને તૈયારી તકનીકો
SiC કોટિંગ્સ, સામાન્ય રીતે β-SiC, સપાટીના ગુણધર્મોને વધારવા માટે વ્યાપકપણે લાગુ કરવામાં આવે છે જેમ કે કઠિનતા, વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને થર્મલ સ્થિરતા. તૈયારીની સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં શામેલ છે:

• કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (CVD):ઉત્તમ સંલગ્નતા અને એકરૂપતા સાથે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા કોટિંગ્સ પ્રદાન કરે છે, જે મોટા અને જટિલ સબસ્ટ્રેટ માટે આદર્શ છે.
• ભૌતિક વરાળ ડિપોઝિશન (PVD):ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા કાર્યક્રમો માટે યોગ્ય, કોટિંગ રચના પર ચોક્કસ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.
• છંટકાવની તકનીકો, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ડિપોઝિશન અને સ્લરી કોટિંગ: સંલગ્નતા અને એકરૂપતામાં વિવિધ મર્યાદાઓ સાથે, ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે ખર્ચ-અસરકારક વિકલ્પો તરીકે સેવા આપે છે.

દરેક પદ્ધતિ સબસ્ટ્રેટ લાક્ષણિકતાઓ અને એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓને આધારે પસંદ કરવામાં આવે છે.

4. MOCVD માં SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સ
SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સ મેટલ ઓર્ગેનિક કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (MOCVD) માં અનિવાર્ય છે, જે સેમિકન્ડક્ટર અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક સામગ્રીના ઉત્પાદનમાં એક મુખ્ય પ્રક્રિયા છે.

આ સસેપ્ટર્સ એપિટેક્સિયલ ફિલ્મ વૃદ્ધિ માટે મજબૂત ટેકો પૂરો પાડે છે, થર્મલ સ્થિરતાને સુનિશ્ચિત કરે છે અને અશુદ્ધતાના દૂષણને ઘટાડે છે. SiC કોટિંગ ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર, સપાટીના ગુણધર્મો અને ઇન્ટરફેસ ગુણવત્તાને પણ વધારે છે, જે ફિલ્મ વૃદ્ધિ દરમિયાન ચોક્કસ નિયંત્રણને સક્ષમ કરે છે.

5. ભવિષ્ય તરફ આગળ વધવું
તાજેતરના વર્ષોમાં, SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સબસ્ટ્રેટની ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓને સુધારવા માટે નોંધપાત્ર પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. સંશોધકો ખર્ચ ઘટાડીને કોટિંગની શુદ્ધતા, એકરૂપતા અને આયુષ્ય વધારવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી રહ્યા છે. વધુમાં, નવીન સામગ્રીનું સંશોધન જેમ કેટેન્ટેલમ કાર્બાઇડ (TaC) કોટિંગ્સથર્મલ વાહકતા અને કાટ પ્રતિકારમાં સંભવિત સુધારાઓ પ્રદાન કરે છે, જે આગામી પેઢીના ઉકેલો માટે માર્ગ મોકળો કરે છે.

જેમ જેમ SiC-કોટેડ ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર્સની માંગ સતત વધી રહી છે, બુદ્ધિશાળી ઉત્પાદન અને ઔદ્યોગિક-સ્કેલ ઉત્પાદનમાં પ્રગતિ સેમિકન્ડક્ટર અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગોની વિકસતી જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ઉત્પાદનોના વિકાસને વધુ સમર્થન આપશે.