Shvatite prošli život silicijum karbida!

Silicijum karbid (SiC) se topi na visokoj temperaturi u otpornoj peći koristeći kvarcni pijesak, naftni koks (ili ugljen koks) i drvnu sječku kao sirovine. Silicijum karbid takođe postoji u prirodi kao rijedak mineral, moissanite. Silicijum karbid se takođe naziva moisanit. Među savremenim neoksidnim visokotehnološkim vatrostalnim sirovinama kao što su C, N i B, silicijum karbid je najrašireniji i najekonomičniji. Može se nazvati šmirglom ili vatrostalnim pijeskom.

1. Prošli i sadašnji život silicijum karbida
Zbog svojih stabilnih hemijskih svojstava, visoke toplotne provodljivosti, malog koeficijenta toplotnog širenja i dobre otpornosti na habanje, silicijum karbid osim što se koristi kao abraziv, ima mnogo drugih primena, kao što je nanošenje praha silicijum karbida posebnim postupkom na unutrašnjem zidu turbinsko kolo ili blok cilindra, može poboljšati svoju otpornost na habanje i produžiti vijek trajanja za 1 do 2 puta; Napredni vatrostalni materijal napravljen od njega je otporan na termalni udar, male veličine, male težine, velike čvrstoće i ima dobar učinak uštede energije. Silicijum karbid niskog kvaliteta (koji sadrži oko 85% SiC) je odličan deoksidans. Može ubrzati proizvodnju čelika, olakšati kontrolu kemijskog sastava i poboljšati kvalitetu čelika. Osim toga, silicijum karbid se također široko koristi u proizvodnji silicijum karbidnih šipki za električne grijaće elemente.
Silicijum karbid je veoma tvrd, sa Mohsovom tvrdoćom od 9,5, drugi posle najtvrđeg dijamanta na svetu (nivo 10). Ima odličnu toplotnu provodljivost, poluprovodnik je i otporan je na oksidaciju na visokim temperaturama.

2. Pogodne karakteristike silicijum karbidnih uređaja
Silicijum karbid (SiC) je trenutno najzreliji širokopojasni poluprovodnički materijal. Zemlje širom svijeta pridaju veliki značaj istraživanju SiC-a i uložile su mnogo radne snage i materijalnih resursa u aktivan razvoj. Sjedinjene Države, Evropa, Japan, itd. nisu samo. Odgovarajući istraživački planovi su formulisani na nacionalnom nivou, a neki međunarodni elektronski giganti su takođe uložili velika sredstva u razvoj poluprovodničkih uređaja od silicijum karbida.
U poređenju sa običnim silicijumom, komponente koje koriste silicijum karbid imaju sledeće karakteristike:

Visokonaponske karakteristike:
Uređaji od silicijum karbida su 10 puta veći naponski otpor od ekvivalentnih silicijumskih uređaja.
Naponski otpor Schottky cijevi od silicijum karbida može doseći 2400V.
Cijevi s efektom polja od silicijum karbida mogu izdržati napone od desetina hiljada volti, a njihov otpor u uključenom stanju nije jako velik.

Karakteristike visoke frekvencije:

Karakteristike visoke temperature:
Danas, kada su Si materijali blizu teorijske granice performansi, SiC energetski uređaji su se oduvijek smatrali "idealnim uređajima" i vrlo su očekivani zbog visokog otpornog napona, malih gubitaka, visoke efikasnosti i drugih karakteristika. Međutim, u poređenju sa prethodnim uređajima od SiC materijala, ravnoteža između performansi i cene SiC energetskih uređaja i njihove potražnje za visokom tehnologijom postat će ključ za to da li SiC energetski uređaji zaista mogu postati popularni.

Trenutno su uređaji male snage od silicijum karbida ušli u praktičnu fazu proizvodnje uređaja iz laboratorija. Trenutno je cijena pločica od silicijum karbida još uvijek relativno visoka, a imaju i mnogo nedostataka. Kroz kontinuirano istraživanje i razvoj, očekuje se da će uređaji od silicijum karbida dominirati tržištem električnih uređaja oko 2010. godine. Ali to nije slučaj.

3. Kakva je trenutna razvojna situacija silicijum karbidnih uređaja?
1. Tehnički parametri: Na primjer, napon Schottky diode raste sa 250 volti na više od 1,000 volta, površina čipa je manja, ali struja je samo nekoliko desetina ampera. Radna temperatura je povećana na 180 stepeni, što je daleko od uvođenja 600 stepeni. Pad napona je još nezadovoljavajući, ne razlikuje se od silicijumskog materijala, a veliki pad napona mora dostići 2V.
2. Tržišna cijena: oko 5 do 6 puta veća od proizvodnje silikonskog materijala.

4. Koje su poteškoće u razvoju silicijum karbida (SiC ) uređaji?Problem u razvoju uređaja od silicijum karbida nije princip dizajna čipa, posebno dizajn strukture čipa. To nije teško riješiti. Teškoća je u realizaciji procesa proizvodnje čip strukture. Primjeri su sljedeći: 1. Gustoća defekta mikrocijevi na pločicama od silicijum karbida. 2. Efikasnost epitaksijalnog procesa je niska. 3. Proces dopinga ima posebne zahtjeve.

4. Proizvodnja omskog kontakta. 5. Temperaturna otpornost potpornih materijala.

Gore navedeno je samo nekoliko primjera, ne svi. Još uvijek postoje mnogi procesni problemi koji nemaju idealna rješenja, kao što je proces površinskog iskopavanja poluvodiča od silicijum karbida, proces pasivizacije terminala i uticaj stanja interfejsa oksidnog sloja kapije na dugoročnu stabilnost MOSFET uređaja od silicijum karbida. Da li je industrija još postigla konsenzus? Dosljedni zaključci, itd., uvelike su spriječili brzi razvoj uređaja za napajanje od silicijum karbida.

5. Pregled razvoja glavnih područja primjene silicijum karbida

Trenutno, treća generacija poluvodičkih materijala izaziva revoluciju u čistoj energiji i novu generaciju elektronske informacione tehnologije. Bilo da se radi o rasvjeti, kućnim aparatima, opremi potrošačke elektronike, vozilima s novom energijom, pametnim mrežama ili vojnim potrepštinama, ovi poluvodiči visokih performansi su materijali koji su u velikoj potražnji. Prema razvoju poluprovodnika treće generacije, njegove glavne primjene su poluprovodnička rasvjeta, energetski elektronski uređaji, laseri i detektori i četiri druga područja.
1. Poluprovodnička rasvjeta
Među četiri polja primjene, industrija poluvodičke rasvjete se najbrže razvila i formirala je industrijsku skalu od desetine milijardi dolara.
2. Energetski elektronski uređaji
U oblasti energetske elektronike, primena poluprovodnika sa širokim pojasom je tek počela, a veličina tržišta je samo nekoliko stotina miliona američkih dolara. Njegova primjena je uglavnom koncentrisana u oblasti vojne najsavremenije opreme i postepeno se širi na civilno polje.
3. Laseri i detektori
U polju laserskih i detektorskih aplikacija, laseri na bazi GaN mogu pokriti širok spektar spektra i realizovati proizvodnju plavih, zelenih i ultraljubičastih lasera i ultraljubičastu detekciju.
4. Ostale aplikacije
U polju najnovijih istraživanja, poluvodiči sa širokim pojasom mogu se koristiti u solarnim ćelijama, biosenzorima, medijima za proizvodnju vodonika na bazi vode i drugim aplikacijama u nastajanju. Trenutno su ova vruća područja još uvijek u fazi laboratorijskog istraživanja i razvoja.