Vegna þess að SiC duft gegnir mikilvægu hlutverki í vexti eins kristalla, hefur undirbúningur á háum -Hreinleika SiC dufts smám saman orðið að rannsóknarsvæði á sviði vaxtar SiC eins kristalla.
Það eru aðallega þrjár aðferðir til að búa til SiC duft: sú fyrsta er fasta-fasa aðferðin, sem felur aðallega í sér kolvetnislækkunaraðferðina, vélræna málmblöndunaraðferð og sjálf-útbreiðslu há-hitamyndunaraðferð; önnur er fljótandi-fasa aðferðin, þar sem dæmigerðust eru sól-gel aðferðin og fjölliða pyrolysis aðferðin; og sú þriðja er gas-fasa aðferðin, þar sem dæmigerðust eru efnagufuútfelling (CVD) og plasmaaðferðin.
Fast-áfangaaðferð
Carbothermal Reduction Method
Aðferðin til að draga úr kolvetni notar venjulega kísilduft sem kísilgjafa og kolsvart og jarðolíukoks sem kolefnisgjafa. Kolefnisgjafinn og kísilgjafinn eru jafnt blandaður í ákveðnu hlutfalli og síðan hituð og eftir að hafa verið haldið við ákveðið hitastig í nokkurn tíma myndast kísilkarbíðduft. Vegna einfalds ferlis og lágs hráefniskostnaðar er það nú algengasta aðferðin til iðnaðarframleiðslu á kísilkarbíði.
Sem stendur þjáist framleiðsla SiC dufts með hefðbundinni kolvetnisminnkunaraðferð enn af vandamálum eins og lágum hreinleika dufts, hátt innihald óhreininda, mikil orkunotkun og ófullnægjandi fínleiki duftsins. Hins vegar hefur þessi aðferð kosti eins og ódýrt hráefni, einfalda notkun og þroskaða tækni, þannig að hún heldur enn yfirburðastöðu í framleiðslu á lággæða kísilkarbíði.
Vélræn blöndunaraðferð
Undirbúningur kísilkarbíðdufts með vélrænni málmblöndu notar venjulega orkuna sem myndast við há-orkukúlamölun til að stuðla að gagnkvæmum árekstri og dreifingu milli hvarfefna og mynda þá vöru sem óskað er eftir. Meðan á kúlumalsferlinu stendur, undir afar miklu staðbundnu höggi og þjöppun sem myndast af miklum-hraða snúningi hár-orkumalarkúlna, sameinast nýlega óvarið yfirborð agna hvert við annað. Hár-kúlumölun veldur því að agnir mynda mikinn fjölda galla. Knúin áfram af frjálsri orku dreifist frumeindir á milli agnaflata inn í hvort annað og mynda þar með nýjan fasa.
Vélræna málmblöndunaraðferðin hefur kosti eins og einfalda framleiðslutækni, litlum tilkostnaði og getu til að ná fjöldaframleiðslu á kísilkarbíðdufti. Hins vegar, vegna þess að myndun SiC-dufts með vélrænni málmblöndu er náð með handahófskenndri áreksturshreyfingu, hafa vöruagnirnar venjulega víðtæka kornastærðardreifingu og enn er þörf á flokkunartækni til að skima efnið. Á sama tíma, meðan á kúlumölunarferlinu stendur, koma óhreinindi frá mölunarmiðlum og mölunarkrukkum mjög auðveldlega inn og vegna þess að hráefnisduftið bregst venjulega í gegnum yfirborðs-við-yfirborðsviðbrögð, er líklegt að ófullkomin viðbrögð eigi sér stað. Í stuttu máli er vélræn álblöndu ekki tilvalin aðferð til að búa til SiC-duft með miklum -hreinleika.
Sjálf-útbreiðslu há-hitamyndunaraðferð
Sjálf-útbreiðslu há-hitamyndunaraðferðin tilheyrir fasta-fasa nýmyndunaraðferðinni. Í þessari aðferð, undir skilyrði ytri upphitunargjafa, er virkjanum bætt við þannig að efnahvörf hvarfefnanna fer fram sjálfkrafa og stöðugt. Hins vegar kynnir óhjákvæmilega önnur óhreinindi að bæta við virkjana. Til að tryggja hreinleika vörunnar velja vísindamenn að hækka hvarfhitastigið og halda áfram upphitun til að viðhalda hvarfinu. Þessi aðferð er kölluð endurbætt sjálf-útbreiðslu há-hitamyndunaraðferð.
Hin endurbætta sjálf-útbreiðslu há-hitamyndunaraðferð hefur einfalt undirbúningsferli og mikla nýmyndunarvirkni og er mikið notað í iðnaði til að framleiða há-Hreint SiC duft. Þessi aðferð notar fastar Si-uppsprettur og C-uppsprettur sem hráefni, sem veldur því að þau hvarfast stöðugt við háan hita, 1400-2000 gráður C, og að lokum fást-hreint SiC-duft. Sem stendur er rannsóknaráherslan á endurbættri sjálf-útbreiðslu nýmyndunaraðferð til að undirbúa SiC duft hvernig á að draga úr N frumefnisinnihaldi í SiC dufti.
Fljótandi-fasaaðferð
Sól-hlaupaðferð
Sem stendur, meðal fljótandi-fasaaðferða, getur aðeins sól-gelaðferðin framleitt SiC-duft með miklum-hreinleika. Undirbúningsferli þess er að leysa upp ólífræn sölt eða alkoxíð í leysi (vatni eða alkóhóli) til að mynda samræmda lausn, fá samræmda sól, sem síðan er breytt í hlaup með þurrkun eða þurrkun og síðan undirgefin hitameðferð til að fá nauðsynlega ofurfínu duft.
Kísilkarbíðduft búið til með sól-gelaðferðinni var fyrst notað til að sintra kísilkarbíð keramik. Með stöðugum framförum á ferlinu hefur hreinleiki tilbúna duftsins einnig haldið áfram að aukast. Sem stendur er nú þegar hægt að nota SiC-duft sem er búið til með sól-gelaðferðinni fyrir einskristallavöxt. Sol-gel aðferðin getur búið til mjög-, ofurfínt SiC duft, en undirbúningskostnaðurinn er tiltölulega hár og nýmyndunarferlið er flókið, svo það hentar ekki fyrir iðnaðarframleiðslu.
Polymer Pyrolysis Method
Fjölliða pyrolysis aðferðin framleiðir aðallega SiC duft með því að brjóta niður lífrænar fjölliður við háan hita. Þessi nýmyndunaraðferð er aðallega skipt í tvo flokka: einn er að hita forvera til að gangast undir niðurbrotsviðbrögð og losa litlar einliða, sem mynda SiO2 og C, og síðan útbúa SiC duft með kolvetnislækkunarviðbrögðum; hitt er að hita forvera til að losa einliða Si-C beinagrind, sem á endanum myndar SiC duft. Það voru margar tengdar rannsóknir á fjölliða pyrolysis aðferðinni á tíunda áratugnum, en á undanförnum árum hafa fáir viðeigandi vísindamenn nefnt hana, aðallega vegna lágs vöruskiptahlutfalls, mjög hás hráefniskostnaðar og tiltölulega mikillar mengunar.
Gasfasa-aðferð
Chemical Vapor Deposition Method (CVD)
CVD-aðferðin fær ofurfínt,-Hreint Si-duft með háum-viðbrögðum lofttegunda. Si uppspretta er almennt valin úr SiH4 og SiCl4, osfrv., og C uppspretta er almennt valin úr CH4, C2H2 og CCl4, osfrv., en lofttegundir eins og (CH3)2SiCl2 og Si(CH3)4 geta veitt bæði Si uppsprettu og C uppsprettu á sama tíma. Hreinleiki þessara lofttegunda er yfir 99,9999%.
Sem stendur notar CVD aðferðin að mestu leyti lífrænar gasgjafar sem hráefni. Þessi aðferð krefst nákvæmrar stjórnunar á inntaksflæðishraða búnaðarins og hefur mjög miklar kröfur um hreinleika gervigasgjafa og innri grafíthluta. Á sama tíma, vegna þess að það eru margar aukaafurðir efnahvarfanna, myndast ætandi og eitruð lofttegundir eins og klóríð mjög auðveldlega, sem gerir miklar kröfur til rekstraraðila og búnaðar og framleiðslukostnaður er því enn hár. Að auki er duftið sem er búið til með þessari aðferð á nanóskala ofurfínt duft, sem ekki er auðvelt að safna. Einnig, vegna takmarkana á efnagufuútfellingu sjálfri, er nýmyndunarhraði tiltölulega hægur og sem stendur getur það ekki náð stór-framleiðsla á há-hreinleika SiC dufti.
Plasma aðferð
Plasmaaðferðin er að koma hvarflofttegundum inn í plasmaílát sem örvað er af útvarpstíðni-aflgjafa. Lofttegundirnar bregðast hver við aðra við árekstra við háhraða rafeindir og fá að lokum há-SíC-duft. Gasgjafarnir sem notaðir eru í plasmaaðferðinni eru þeir sömu og í CVD aðferðinni og gashreinleiki er einnig yfir 99,9999%.
Plasmaaðferðin getur myndað SiC-duft með miklum-hreinleika og kornastærðardreifing duftsins er jöfn, án mengunarvandamála. Hins vegar er agnastærð tilbúna duftsins of lítil til að uppfylla kröfur um einskristallavöxt og frekari vinnsla er nauðsynleg áður en hægt er að nota það til kristalvaxtar. Að auki hefur búnaðurinn stuttan endingartíma og mikinn kostnað.