Shvatite prošli život silicij karbida!

Silicijev karbid (SiC) se tali na visokoj temperaturi u otpornoj peći koristeći kvarcni pijesak, petrol koks (ili koks ugljena) i drvnu sječku kao sirovine. Silicijev karbid također postoji u prirodi kao rijedak mineral, moissanite. Silicijev karbid se također naziva moissanite. Među suvremenim neoksidnim visokotehnološkim vatrostalnim sirovinama kao što su C, N i B, silicijev karbid je najrašireniji i najekonomičniji. Može se nazvati šmirgl ili vatrostalni pijesak.

1. Prošli i sadašnji vijek silicijevog karbida
Zbog svojih stabilnih kemijskih svojstava, visoke toplinske vodljivosti, malog koeficijenta toplinskog širenja i dobre otpornosti na habanje, silicijev karbid ima mnoge druge namjene osim upotrebe kao abraziva, kao što je nanošenje praha silicij karbida posebnim postupkom na unutarnju stijenku rotor turbine ili blok cilindra, može poboljšati otpornost na habanje i produljiti vijek trajanja za 1 do 2 puta; napredni vatrostalni materijal izrađen od njega je otporan na toplinski udar, male veličine, male težine, visoke čvrstoće i ima dobar učinak uštede energije. Niskokvalitetni silicijev karbid (sadrži oko 85% SiC) izvrstan je dezoksidant. Može ubrzati proizvodnju čelika, olakšati kontrolu kemijskog sastava i poboljšati kvalitetu čelika. Osim toga, silicijev karbid također se široko koristi u proizvodnji šipki od silicij karbida za električne grijaće elemente.
Silicijev karbid je vrlo tvrd, s Mohsovom tvrdoćom od 9,5, odmah iza najtvrđeg dijamanta na svijetu (razina 10). Ima izvrsnu toplinsku vodljivost, poluvodič je i otporan je na oksidaciju na visokim temperaturama.

2. Prednosti uređaja od silicij karbida
Silicijev karbid (SiC) trenutno je najrazvijeniji širokopojasni poluvodički materijal. Zemlje diljem svijeta pridaju veliku važnost istraživanju SiC-a i uložile su mnogo radne snage i materijalnih resursa u aktivan razvoj. Sjedinjene Države, Europa, Japan itd. nisu samo Odgovarajući istraživački planovi formulirani su na nacionalnoj razini, a i neki međunarodni elektronički divovi također su uložili velika sredstva u razvoj poluvodičkih uređaja od silicij karbida.
U usporedbi s običnim silicijem, komponente koje koriste silicij karbid imaju sljedeće karakteristike:

Karakteristike visokog napona:
Uređaji od silicij-karbida imaju 10 puta veću naponsku otpornost od ekvivalentnih silicijskih uređaja.
Naponski otpor Schottky cijevi od silicij-karbida može doseći 2400 V.
Cijevi s efektom polja od silicij-karbida mogu izdržati napone od desetaka tisuća volti, a njihov otpor u uključenom stanju nije jako velik.

Karakteristike visoke frekvencije:

Visokotemperaturne karakteristike:
Danas, kada su Si materijali blizu teorijske granice performansi, SiC uređaji za napajanje uvijek su se smatrali "idealnim uređajima" i visoko su očekivani zbog svog visokog otpornog napona, niskih gubitaka, visoke učinkovitosti i drugih karakteristika. Međutim, u usporedbi s prethodnim uređajima od SiC materijala, ravnoteža između performansi i cijene uređaja za napajanje od SiC-a i njihove potražnje za visokom tehnologijom postat će ključ za to mogu li uređaji za napajanje od SiC-a uistinu postati popularni.

Trenutačno su uređaji od silicij-karbida male snage ušli u fazu praktične proizvodnje uređaja iz laboratorija. Trenutačno je cijena pločica od silicij-karbida još uvijek relativno visoka, a također imaju mnoge nedostatke. Kroz kontinuirano istraživanje i razvoj, očekuje se da će uređaji od silicij-karbida dominirati tržištem energetskih uređaja oko 2010. godine. Ali to nije slučaj.

3. Kakva je trenutna razvojna situacija silicij-karbidnih uređaja?
1. Tehnički parametri: Na primjer, napon Schottky diode raste s 250 volti na više od 1,000 volta, površina čipa je manja, ali struja je samo nekoliko desetaka ampera. Radna temperatura je povećana na 180 stupnjeva, što je daleko od uvodnih 600 stupnjeva. Pad napona je čak i nezadovoljavajući, ne razlikuje se od silikonskog materijala, a veliki pad napona mora doseći 2V.
2. Tržišna cijena: oko 5 do 6 puta veća od proizvodnje silikonskog materijala.

4. Koje su poteškoće u razvoju silicijevog karbida (SiC ) uređaji?Problem u razvoju uređaja od silicij karbida nije načelni dizajn čipa, posebno dizajn strukture čipa. Nije ga teško riješiti. Poteškoća leži u realizaciji procesa proizvodnje strukture čipa. Primjeri su sljedeći: 1. Gustoća mikrocijevnih defekta pločica od silicij karbida. 2. Učinkovitost epitaksijalnog procesa je niska. 3. Proces dopinga ima posebne zahtjeve.

4. Izrada omskog kontakta. 5. Temperaturna otpornost nosećih materijala.

Gore navedeno je samo nekoliko primjera, ne svi. Još uvijek postoje mnogi procesni problemi koji nemaju idealna rješenja, kao što je proces ukopavanja površine poluvodiča od silicij-karbida, proces pasivizacije terminala i utjecaj stanja međupovršine oksidnog sloja vrata na dugoročnu stabilnost MOSFET uređaja od silicij-karbida. Je li industrija već postigla konsenzus? Dosljedni zaključci, itd., uvelike su spriječili brzi razvoj uređaja za napajanje od silicij karbida.

5. Pregled razvoja glavnih područja primjene silicijevog karbida

Trenutačno treća generacija poluvodičkih materijala uzrokuje revoluciju u čistoj energiji i novu generaciju elektroničke informacijske tehnologije. Bilo da se radi o rasvjeti, kućanskim aparatima, potrošačkoj elektroničkoj opremi, novim energetskim vozilima, pametnim mrežama ili vojnim potrepštinama, ovi su poluvodiči visokih performansi materijali u velikoj potražnji. Prema razvoju treće generacije poluvodiča, njegove glavne primjene su poluvodička rasvjeta, energetski elektronički uređaji, laseri i detektori te četiri druga polja.
1. Poluvodička rasvjeta
Među četiri polja primjene, industrija poluvodičke rasvjete se najbrže razvila i formirala industrijsku ljestvicu od desetaka milijardi dolara.
2. Energetski elektronički uređaji
U području energetske elektronike primjena širokopojasnih poluvodiča tek je započela, a veličina tržišta je samo nekoliko stotina milijuna američkih dolara. Njegova primjena uglavnom je koncentrirana na području vrhunske vojne opreme i postupno se širi na civilno područje.
3. Laseri i detektori
U području primjene lasera i detektora, laseri na bazi GaN-a mogu pokriti širok raspon spektra i ostvariti proizvodnju plavih, zelenih i ultraljubičastih lasera i ultraljubičastu detekciju.
4. Ostale primjene
U području najsuvremenijih istraživanja, poluvodiči sa širokim pojasnim razmakom mogu se koristiti u solarnim ćelijama, biosenzorima, medijima za proizvodnju vodika na bazi vode i drugim aplikacijama u nastajanju. Trenutno su ta vruća područja još uvijek u fazi laboratorijskog istraživanja i razvoja.