Beth yw graffit pyrolytig?

Crynodeb: Graffit pyrolytig (PG) yn ddeunydd carbon uwch sy'n cael ei syntheseiddio trwy byrolysis nwy hydrocarbon tymheredd uchel (fel arfer 1800-3000°C). O'i gymharu â deunyddiau carbon eraill, mae gan graffit pyrolytig (PG) lawer o briodweddau ffisegol rhagorol ac fe'i defnyddir yn helaeth fel sylfaen twf epitacsial, cydrannau maes thermol a chroeslin graffit PG mewn twf crisialau lled-ddargludyddion.

Beth yw Graffit Pyrolytig?

Mae graffit pyrolytig (PG) yn ddeunydd carbon uwch sy'n cael ei syntheseiddio trwy byrolysis nwyon hydrocarbon ar dymheredd uchel (fel arfer 1800-3000°C) gyda strwythur haenog unigryw. Yn wahanol i graffit naturiol gyda'i broses ffurfio daearegol a'i drefniant crisialau anhrefnus, mae graffit pyrolytig yn arddangos priodweddau anisotropig trefnus iawn trwy fodiwleiddio artiffisial. Mae ei strwythur yn cynnwys haenau graffen wedi'u pentyrru wedi'u trefnu'n berpendicwlar llym i gyfeiriad y dyddodiad, gan arwain at nodweddion sylweddol sy'n ddibynnol ar gyfeiriadedd:

Priodweddau Craidd

1. Anisotropi:

1) Cyfeiriadedd mewn-plân (haenau graffit cyfochrog):

Dargludedd thermol uwch-uchel (hyd at 1950 W/mK, mwy na chopr)

Dargludedd trydanol uchel a chryfder mecanyddol

2) Cyfeiriad allan o'r wyneb (haen graffit perpendicwlar):

Dargludedd thermol/trydanol hynod o isel, yn arddangos priodweddau inswleiddio

Gwead brau, yn hawdd ei ddadelfennu ar hyd yr haenau

2. Perffeithrwydd strwythurol:

Mae graffit pyrolytig hynod gyfeiriadol (HOPG) o'r ansawdd uchaf yn cyflawni aliniad cyfeiriadol haen graffen bron yn berffaith trwy ddyddodiad anwedd cemegol (CVD) a thriniaeth anelio ddilynol.

3. Sefydlog yn thermol ac anadweithiol yn gemegol:

Yn gwrthsefyll ocsidiad hyd at 600°C yn yr awyr

Yn gwrthsefyll sioc thermol eithafol

Anadweithiol yn y rhan fwyaf o amgylcheddau cemegol

Gwahaniaethau gyda deunyddiau carbon eraill

1. Carbon Pyrolytig:

Term generig am ddeunyddiau carbon a adneuwyd yn pyrolytig yw Carbon Pyrolytig (PyC), sef deunydd carbon synthetig a baratowyd trwy Ddyddodiad Anwedd Cemegol (CVD) neu byrolysis hydrocarbonau (e.e. methan, propan). Yn wahanol i graffit, gall strwythur carbon pyrolytig fod yn amorffaidd (carbon gwydrog) neu wedi'i graffiteiddio'n rhannol, yn dibynnu ar y tymheredd paratoi a'r broses ôl-driniaeth.

2. Graffit Naturiol:

Yn digwydd yn naturiol, yn llai pur, nid yw'n meddu ar anisotropi PG.

3. Graffit Pyrolytig Cyfeiriedig Iawn (HOPG):

Graffit Pyrolytig Cyfeiriedig Iawn (HOPG) yw'r ffurf uchaf o Graffit Pyrolytig (PG), sydd â strwythur haenog perffaith yn agos at grisial sengl a gradd uchel iawn o gyfeiriadedd crisialog. Yn nodweddiadol, mae HOPG yn graffit synthetig a baratoir trwy ddyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel (CVD) ynghyd ag anelio tymheredd uwch-uchel (>3000°C), ac mae gan ei haenau graffen (planau crisialog 002) ongl gwyriad cyfeiriadedd o <1°.

Beth yw cymwysiadau penodol graffit pyrolytig mewn twf crisialau lled-ddargludyddion?

Graffit Pyrolytig (PG) yn chwarae rhan allweddol yn y broses twf crisial lled-ddargludyddion oherwydd ei anisotropi unigryw, ei burdeb uwch-uchel a'i sefydlogrwydd tymheredd uchel. Dyma ei gymwysiadau penodol:

1. Swbstradau Twf Epitacsial

Yn y carbid silicon (SiC) proses epitacsi, mae pedestalau PG yn lleihau diffygion straen oherwydd eu cyfernod ehangu thermol isel (4.2 × 10-⁶ K-¹) sy'n cyfateb i'r dellt SiC. Er enghraifft, mae swbstradau PG wedi'u gorchuddio â SiC SGL Carbon yn lleihau gwyriad tonfedd ac yn gwella cynnyrch sglodion LED.

2. Cydrannau Crucible a Maes Poeth

Inswleiddio Maes Thermol: Mae adlewyrchyddion a thariannau gwres wedi'u gwneud o PG (e.e. ffoiliau graffit SIGRAFLEX®) yn cyflawni dosbarthiad maes thermol unffurf trwy ddargludedd thermol uchel yn y plân (220 W/mK), sy'n gwella ansawdd crisial.

Crucibl wedi'i orchuddio â graffit pyrolytig: Ar gyfer twf crisialau lled-ddargludyddion fel silicon (Si), carbid silicon (SiC), ac ati. Maent yn gallu gwrthsefyll tymheredd hyd at 3000°C ac maent yn anadweithiol yn gemegol ac yn ddwys ar yr wyneb i osgoi halogiad toddedig. Er enghraifft, yn y dull CZ o dwf silicon monogrisialog, mae crwsibl graffit wedi'u gorchuddio â PG yn gallu gwrthsefyll erydiad gan y silicon toddedig.