Proses Produksi Silikon Karbida

Silikon karbida (SiC) adalah bahan semikonduktor-berperforma tinggi yang banyak digunakan dalam elektronika daya, optoelektronik, dan perangkat frekuensi radio karena ketahanan-suhu tinggi, ketahanan-tegangan tinggi, dan karakteristik frekuensi-tinggi yang sangat baik. Proses produksi silikon karbida terutama mencakup langkah-langkah berikut:

Persiapan Bahan Baku: Bahan mentah utama untuk produksi silikon karbida adalah bubuk silikon dengan kemurnian tinggi dan bubuk karbon. Kemurnian bubuk silikon biasanya harus di atas 99,999%, sedangkan grafit-kemurnian tinggi atau kokas minyak bumi harus digunakan untuk bubuk karbon. Kemurnian bahan mentah secara langsung mempengaruhi kinerja produk akhir.

Pencampuran dan Pencetakan: Bubuk silikon dan bubuk karbon dicampur dalam proporsi tertentu, biasanya dengan rasio molar karbon-terhadap-silikon yang dikontrol sekitar 1:1. Campuran bubuk tersebut kemudian ditekan menjadi badan berwarna hijau. Pencetakan dapat dilakukan dengan pengepresan dingin atau pengepresan panas, tergantung pada kebutuhan proses selanjutnya.

Sintesis Reaksi Suhu-Tinggi: Benda hijau yang dicetak menjalani sintesis reaksi dalam tungku suhu-tinggi, dengan suhu biasanya dikontrol antara 1600-2500 derajat . Selama proses ini, silikon dan karbon bereaksi secara kimia membentuk silikon karbida. Waktu reaksi bervariasi dari beberapa jam hingga puluhan jam, tergantung pada jenis tungku dan parameter proses.

Penghancuran dan Penilaian: Blok silikon karbida yang disintesis perlu dihancurkan dan dinilai untuk mendapatkan bubuk silikon karbida dengan ukuran partikel yang diperlukan. Peralatan penghancur biasanya mencakup penghancur rahang atau pabrik bola, sedangkan penilaian dilakukan melalui pengayakan atau klasifikasi udara.

Perawatan Pemurnian: Untuk menghilangkan kotoran yang masuk selama sintesis, bubuk silikon karbida memerlukan pencucian asam atau pemurnian-suhu tinggi. Pencucian asam biasanya menggunakan asam klorida atau asam fluorida, sedangkan pemurnian suhu tinggi dilakukan dalam atmosfer inert pada suhu melebihi 2000 derajat .

Sintering dan Densifikasi: Untuk aplikasi yang memerlukan-silikon karbida densitas tinggi, bubuk harus melalui sintering. Metode sintering meliputi sintering tanpa tekanan, pengepresan panas, dan pengepresan isostatik panas. Suhu sintering biasanya antara 1800-2200 derajat, dan penambahan bahan bantu sintering seperti boron atau aluminium dapat meningkatkan pemadatan.

Pemrosesan dan Pengujian: Blanko silikon karbida yang disinter memerlukan pemesinan (seperti pemotongan, penggilingan, dan pemolesan) untuk mencapai persyaratan presisi dimensi dan permukaan akhir. Setelah pemrosesan, pengujian kinerja yang ketat diperlukan, termasuk kepadatan, kekerasan, konduktivitas termal, dan sifat listrik.