Perkembangan dan Penerapan Silikon Karbida (SiC)
1. Satu Abad Inovasi di SiC
Perjalanan silikon karbida (SiC) dimulai pada tahun 1893, ketika Edward Goodrich Acheson merancang tungku Acheson, menggunakan bahan karbon untuk mencapai produksi industri SiC melalui pemanasan listrik kuarsa dan karbon. Penemuan ini menandai dimulainya industrialisasi SiC dan membuat Acheson mendapatkan paten.
Pada awal abad ke-20, SiC terutama digunakan sebagai bahan abrasif karena kekerasan dan ketahanan ausnya yang luar biasa. Pada pertengahan abad ke-20, kemajuan teknologi deposisi uap kimia (CVD) membuka kemungkinan-kemungkinan baru. Para peneliti di Bell Labs, dipimpin oleh Rustum Roy, meletakkan dasar untuk CVD SiC, mencapai lapisan SiC pertama pada permukaan grafit.
Tahun 1970-an terjadi terobosan besar ketika Union Carbide Corporation menerapkan grafit berlapis SiC dalam pertumbuhan epitaksi bahan semikonduktor galium nitrida (GaN). Kemajuan ini memainkan peran penting dalam LED dan laser berbasis GaN berkinerja tinggi. Selama beberapa dekade, pelapisan SiC telah berkembang melampaui semikonduktor hingga aplikasi di bidang kedirgantaraan, otomotif, dan elektronika daya, berkat kemajuan dalam teknik manufaktur.
Saat ini, inovasi seperti penyemprotan termal, PVD, dan nanoteknologi semakin meningkatkan kinerja dan penerapan lapisan SiC, sehingga menunjukkan potensinya dalam bidang-bidang mutakhir.
2. Memahami Struktur dan Kegunaan Kristal SiC
SiC memiliki lebih dari 200 politipe, dikategorikan berdasarkan susunan atomnya menjadi struktur kubik (3C), heksagonal (H), dan rombohedral (R). Diantaranya, 4H-SiC dan 6H-SiC masing-masing banyak digunakan pada perangkat berdaya tinggi dan optoelektronik, sedangkan β-SiC dihargai karena konduktivitas termalnya yang unggul, ketahanan aus, dan ketahanan terhadap korosi.
β-SiCsifat unik, seperti konduktivitas termal120-200 W/m·Kdan koefisien ekspansi termal yang sangat cocok dengan grafit, menjadikannya bahan pilihan untuk pelapis permukaan pada peralatan epitaksi wafer.
3. Pelapis SiC: Sifat dan Teknik Persiapan
Pelapis SiC, biasanya β-SiC, diterapkan secara luas untuk meningkatkan sifat permukaan seperti kekerasan, ketahanan aus, dan stabilitas termal. Metode persiapan yang umum meliputi:
- Deposisi Uap Kimia (CVD):Menghasilkan pelapis berkualitas tinggi dengan daya rekat dan keseragaman yang sangat baik, ideal untuk substrat yang besar dan kompleks.
- Deposisi Uap Fisik (PVD):Menawarkan kontrol presisi terhadap komposisi pelapis, cocok untuk aplikasi presisi tinggi.
- Teknik Penyemprotan, Deposisi Elektrokimia, dan Pelapisan Bubur: Berfungsi sebagai alternatif hemat biaya untuk aplikasi spesifik, meskipun dengan berbagai keterbatasan dalam daya rekat dan keseragaman.
Setiap metode dipilih berdasarkan karakteristik media dan persyaratan aplikasi.
4. Susceptor Grafit Berlapis SiC di MOCVD
Suseptor grafit berlapis SiC sangat diperlukan dalam Deposisi Uap Kimia Organik Logam (MOCVD), sebuah proses utama dalam pembuatan material semikonduktor dan optoelektronik.
Susceptor ini memberikan dukungan kuat untuk pertumbuhan film epitaksi, memastikan stabilitas termal dan mengurangi kontaminasi pengotor. Lapisan SiC juga meningkatkan ketahanan oksidasi, sifat permukaan, dan kualitas antarmuka, memungkinkan kontrol yang presisi selama pertumbuhan film.
5. Maju Menuju Masa Depan
Dalam beberapa tahun terakhir, upaya signifikan telah diarahkan untuk meningkatkan proses produksi substrat grafit berlapis SiC. Para peneliti berfokus pada peningkatan kemurnian, keseragaman, dan masa pakai lapisan sekaligus mengurangi biaya. Selain itu, eksplorasi material inovatif sepertipelapis tantalum karbida (TaC).menawarkan potensi peningkatan dalam konduktivitas termal dan ketahanan terhadap korosi, sehingga membuka jalan bagi solusi generasi berikutnya.
Seiring dengan meningkatnya permintaan terhadap suseptor grafit berlapis SiC, kemajuan dalam manufaktur cerdas dan produksi skala industri akan semakin mendukung pengembangan produk berkualitas tinggi untuk memenuhi kebutuhan industri semikonduktor dan optoelektronik yang terus berkembang.
Waktu posting: 24 November 2023