Caso práctico: Crisol de grafito para la síntesis de SiC

De la mezcla a la síntesis - Un crisol para todo el proceso

Cada detalle cuenta en la producción de semiconductores: la fabricación de carburo de silicio (SiC) plantea exigencias especialmente elevadas en cuanto a pureza, estabilidad del proceso y eficiencia energética. Por ello, los productores y los institutos de investigación trabajan constantemente en la optimización de sus procesos de síntesis. Sobre todo porque las impurezas más pequeñas pueden perjudicar la conductividad eléctrica del producto final.

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Antecedentes

El carburo de silicio se valora en la industria de los semiconductores como material de alto rendimiento, por ejemplo para la electrónica de potencia y las aplicaciones de alta temperatura. Un método de producción de SiC es el proceso de síntesis directa a partir de una mezcla estequiométrica en polvo de silicio y carbono a temperaturas superiores a 2000 °C, normalmente al vacío o con gas inerte y en crisoles de grafito.
La industria se enfrenta aquí a los retos típicos: alto consumo de energía, control complejo del proceso y necesidad de garantizar una pureza absoluta. Al mismo tiempo, la calidad del material y el diseño de los componentes de grafito utilizados influyen decisivamente en el éxito de la síntesis.

Visión general

Industria:

Producción de semiconductores, cerámica técnica

Procedimiento:

Síntesis directa de carburo de silicio (SiC)

Solución:

Crisol de grafito personalizado con sistema de tapa integrado e insertos filtrantes

Servicios:

Consultoría, ingeniería documentación técnica, fabricación

Resultado:

– Producto final de SiC puro sin impurezas

– Sin pérdida de polvo y sistema limpio

– Eliminación del paso de decantación (manipulación más eficaz)

– Mejora de la fiabilidad del proceso y de la eficiencia energética

El reto

En una aplicación concreta, un instituto de investigación en el campo de la cerámica técnica trabajaba con un crisol de síntesis abierto que funcionaba al vacío durante el proceso. Esto daba lugar regularmente a problemas:
  • Impurezas en el producto final debidas a átomos extraños como el hierro o el boro, que perjudican las propiedades eléctricas del SiC
  • Contaminación del sistema, ya que las partículas de polvo escaparon del crisol abierto durante la evacuación y se depositaron en el reactor.
  • Manipulación compleja, porque primero había que mezclar el polvo en un recipiente de mezcla separado y luego transferirlo al crisol de síntesis.
Estos factores provocaron un aumento de los costes, posibles rechazos y una fiabilidad limitada del proceso.

La tarea específica: la optimización del crisol de síntesis

El objetivo era desarrollar un crisol de grafito desarrollar un crisol de grafito que permitiera tanto la mezcla como la síntesis de SiC en un único recipiente, garantizando al mismo tiempo la pureza del proceso.
Graphite Materials se encargó de la ingeniería desde el desarrollo del concepto hasta la realización. Junto con el cliente, se creó un nuevo diseño de crisol con un sistema de tapa integrado que combina varias funciones:

  • Evacuación segura a pesar de la tapa: Los insertos filtrantes especiales de la tapa permiten bajar la presión sin que se escape el polvo.
  • Mecanismo de seguridad dirigido: Si un elemento filtrante se obstruye durante la evacuación, cualquier posible formación de grietas se canaliza específicamente hacia la zona de la tapa. Esto impide que el polvo se escape al sistema.
  • Mayor pureza: Todos los componentes del crisol se limpian térmicamente a posteriori para excluir las impurezas de átomos metálicos extraños.

Resultados del proceso

El uso del nuevo concepto de crisol ha hecho que todo el proceso de síntesis sea mucho más eficaz y limpio. El producto final de SiC se fabrica ahora libre de impurezas, al tiempo que se ha simplificado el flujo de trabajo y se ha minimizado el riesgo de contaminación de la planta.

El resultado

  • Carburo de silicio puro sin impurezas detectables
  • Sin pérdida de polvo y sistema de alta temperatura limpio
  • Eficacia del proceso al eliminar un paso de trabajo completo (decantación)
  • Manipulación simplificada y menor tiempo de proceso
  • Mayor fiabilidad del proceso y eficiencia energética

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