Pochopte minulý život karbidu křemíku!

Karbid křemíku (SiC) se taví při vysoké teplotě v odporové peci za použití křemenného písku, ropného koksu (nebo uhelného koksu) a dřevěných štěpků jako surovin. Karbid křemíku existuje také v přírodě jako vzácný minerál, moissanit. Karbid křemíku se také nazývá moissanit. Mezi současnými neoxidovými high-tech žáruvzdornými surovinami, jako je C, N a B, je karbid křemíku nejrozšířenější a nejhospodárnější. Může být nazýván smirkovým pískem nebo žáruvzdorným pískem.

1. Minulý a současný život karbidu křemíku
Díky svým stabilním chemickým vlastnostem, vysoké tepelné vodivosti, malému koeficientu tepelné roztažnosti a dobré odolnosti proti opotřebení má karbid křemíku kromě použití jako brusivo mnoho dalších použití, jako je nanášení prášku karbidu křemíku speciálním postupem na vnitřní stěnu oběžné kolo turbíny nebo blok válců, může zlepšit jeho odolnost proti opotřebení a prodloužit jeho životnost 1 až 2krát; pokročilý žáruvzdorný materiál z něj vyrobený je odolný vůči tepelným šokům, má malé rozměry, nízkou hmotnost, vysokou pevnost a má dobrý účinek na úsporu energie. Nízkohodnotný karbid křemíku (obsahující asi 85 % SiC) je vynikající dezoxidant. Může urychlit výrobu oceli, usnadnit kontrolu chemického složení a zlepšit kvalitu oceli. Kromě toho je karbid křemíku také široce používán při výrobě tyčí z karbidu křemíku pro elektrická topná tělesa.
Karbid křemíku je velmi tvrdý, s Mohsovou tvrdostí 9,5, druhý za nejtvrdším diamantem na světě (úroveň 10). Má vynikající tepelnou vodivost, je polovodičový a odolává oxidaci při vysokých teplotách.

2. Výhodné vlastnosti zařízení z karbidu křemíku
Karbid křemíku (SiC) je v současné době nejvyspělejším polovodičovým materiálem s širokým pásmem. Země po celém světě přikládají výzkumu SiC velký význam a do aktivního vývoje investovaly mnoho pracovních sil a materiálních zdrojů. Spojené státy, Evropa, Japonsko atd. nejsou jen Na národní úrovni byly formulovány odpovídající výzkumné plány a do vývoje polovodičových součástek z karbidu křemíku investovali značné prostředky také někteří mezinárodní elektronickí giganti.
Ve srovnání s běžným křemíkem mají součásti využívající karbid křemíku následující vlastnosti:

Vlastnosti vysokého napětí:
Zařízení z karbidu křemíku mají 10krát větší napěťový odpor než ekvivalentní zařízení z křemíku.
Napěťový odpor Schottkyho trubic z karbidu křemíku může dosáhnout 2400V.
Elektronky s efektem pole z karbidu křemíku vydrží napětí desítek tisíc voltů a jejich odpor v zapnutém stavu není příliš velký.

Vysokofrekvenční charakteristiky:

Vysokoteplotní vlastnosti:
Dnes, kdy se materiály Si blíží teoretickému limitu výkonu, byla výkonová zařízení SiC vždy považována za „ideální zařízení“ a jsou vysoce očekávaná kvůli jejich vysokému výdržnému napětí, nízkým ztrátám, vysoké účinnosti a dalším charakteristikám. Ve srovnání s předchozími zařízeními z materiálu Si se však rovnováha mezi výkonem a cenou napájecích zařízení SiC a jejich požadavky na špičkovou technologii stanou klíčem k tomu, zda se napájecí zařízení SiC skutečně mohou stát populárními.

V současné době vstoupila z laboratoře do praktické fáze výroby zařízení nízkovýkonová zařízení z karbidu křemíku. V současné době je cena destiček z karbidu křemíku stále poměrně vysoká a mají také mnoho vad. Díky neustálému výzkumu a vývoji se očekává, že zařízení z karbidu křemíku budou dominovat na trhu energetických zařízení kolem roku 2010. Ale není tomu tak.

3. Jaká je současná situace ve vývoji zařízení z karbidu křemíku?
1. Technické parametry: Například napětí Schottkyho diody se zvýší z 250 voltů na více než 1,000 voltu, plocha čipu je menší, ale proud je jen několik desítek ampér. Provozní teplota je zvýšena na 180 stupňů, což je daleko od zavedení 600 stupňů. Úbytek napětí je ještě neuspokojivější, neliší se od křemíkového materiálu a vysoký úbytek napětí v propustném směru musí dosáhnout 2V.
2. Tržní cena: asi 5 až 6krát vyšší než při výrobě křemíkového materiálu.

4. Jaké jsou potíže při vývoji karbidu křemíku (SiC) zařízení?Problémem při vývoji zařízení z karbidu křemíku není principiální návrh čipu, zejména návrh struktury čipu. Není těžké to vyřešit. Potíž spočívá v realizaci výrobního procesu struktury čipu. Příklady jsou následující: 1. Hustota defektů mikropipe destiček z karbidu křemíku. 2. Účinnost epitaxního procesu je nízká. 3. Dopingový proces má zvláštní požadavky.

4. Výroba ohmického kontaktu. 5. Teplotní odolnost nosných materiálů.

Výše uvedené jsou jen některé příklady, ne všechny. Stále existuje mnoho procesních problémů, které nemají ideální řešení, jako je proces rýhování povrchu polovodičů z karbidu křemíku, proces terminální pasivace a dopad stavu rozhraní hradlové oxidové vrstvy na dlouhodobou stabilitu zařízení MOSFET z karbidu křemíku. Dosáhlo odvětví již konsensu? Důsledné závěry atd. značně brzdily rychlý vývoj energetických zařízení z karbidu křemíku.

5. Přehled vývoje hlavních oblastí použití karbidu křemíku

V současné době třetí generace polovodičových materiálů způsobuje revoluci v čisté energii a novou generaci elektronických informačních technologií. Ať už se jedná o osvětlení, domácí spotřebiče, spotřební elektroniku, nová energetická vozidla, chytré sítě nebo vojenské dodávky, tyto vysoce výkonné polovodiče jsou velmi žádané. Podle vývoje polovodičů třetí generace jsou jeho hlavními aplikacemi polovodičové osvětlení, výkonová elektronická zařízení, lasery a detektory a čtyři další obory.
1. Polovodičové osvětlení
Mezi čtyřmi aplikačními oblastmi se nejrychleji rozvíjel průmysl polovodičového osvětlení a vytvořil průmyslový rozsah v řádu desítek miliard dolarů.
2. Výkonová elektronická zařízení
V oblasti výkonové elektroniky se aplikace polovodičů se širokým pásmem teprve rozběhla a velikost trhu je pouze několik set milionů amerických dolarů. Jeho aplikace se soustřeďuje především v oblasti špičkové vojenské techniky a postupně se rozšiřuje i do oblasti civilní.
3. Lasery a detektory
V oblasti laserových a detektorových aplikací mohou lasery na bázi GaN pokrýt široké spektrum a realizovat výrobu modrých, zelených a ultrafialových laserů a ultrafialovou detekci.
4. Další aplikace
V oblasti špičkového výzkumu lze polovodiče se širokým pásmem použít v solárních článcích, biosenzorech, médiích pro výrobu vodíku na bázi vody a dalších nových aplikacích. V současné době jsou tyto horké oblasti stále ve stádiu laboratorního výzkumu a vývoje.