Výhody destiček z karbidu křemíku

Karbid křemíku je inovativní polovodičový substrát s mnoha výhodami oproti tradičnímu křemíku. Karbid křemíku slibuje revoluční změny v celé řadě technologií a průmyslových odvětví, od revoluce ve výkonové elektronice až po ultrarychlé komunikační systémy.

SiC dobře odolává vysokým teplotám a napětím, což z něj činí základní materiál pro výkonové polovodiče, fotovoltaické články a infrastrukturu pro nabíjení elektrických vozidel. Bohužel jeho tvrdost vyžaduje speciální nástroje pro jeho řezání.

Vysoká tepelná vodivost

Destičky z karbidu křemíku jsou základními součástmi výkonové elektroniky díky své výjimečné tepelné vodivosti a schopnosti účinně rozptylovat teplo během provozu, což umožňuje zařízením pracovat i v náročných podmínkách bez snížení výkonu.

Široký pás karbidu křemíku ztěžuje přechod elektronů z jeho valenčních pásů do pásů vodivosti, což pomáhá zabránit únikům ve vysokonapěťových aplikacích a zabraňuje termonukleárním únikům. Kromě toho je díky své odolnosti vůči oxidaci a chemické inertnosti vynikající volbou materiálu pro mnoho vysokoteplotních polovodičových aplikací.

Karbid křemíku se může pochlubit nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, což znamená, že se jeho roztažnost nebo smršťování při změnách teploty nebo chladu výrazně nemění, což pomáhá snižovat napětí způsobené teplotními gradienty, které by mohly mít za následek praskání nebo lámání zařízení, a zároveň umožňuje umístit více tranzistorů na jednu destičku - obě tyto vlastnosti jsou důležité pro zvýšení spolehlivosti výroby čipů.

Nízký koeficient tepelné roztažnosti

Karbid křemíku má nízký koeficient tepelné roztažnosti, což znamená, že se při změně teploty tolik neroztahuje ani nesmršťuje, což z něj činí ideální materiál pro aplikace vyžadující vysokou stabilitu, jako jsou mobilní telefony a další elektronická zařízení. Karbid křemíku navíc snáší extrémní teploty a zároveň odolává chemickým útokům.

Potravinářský silikonový kaučuk je nejen netoxický, ale lze jej použít i při výrobě potravin. Kromě toho má různé možnosti použití, od žáruvzdorných vyzdívek a izolačních součástí průmyslových pecí až po třecí ložiska a mechanická těsnění v potrubních systémech.

Výrobci vyrábějí krychlové destičky karbidu křemíku zahříváním křemičitého písku s ropným koksem nebo jiným zdrojem uhlíku na vysoké teploty v otevřené "Achesonově" peci, přičemž vzniká zelený nebo černý krystalický karbid křemíku vysoké čistoty. Někteří výrobci používají k výrobě kubického karbidu křemíku také chemické napařování; obě metody spotřebovávají obrovské množství energie a zařízení.

Vysoká tvrdost

Karbid křemíku je známý svou mimořádnou pružností a odolností vůči teplotním šokům, což znamená, že náhlé změny teploty ho nepraskají a nevedou k náhlým zlomům nebo prasklinám. Díky tomu je karbid křemíku vynikající volbou materiálu pro zařízení vyžadující vysokou odolnost proti poškození, jako jsou výkonové polovodiče; navíc se může pochlubit nižším zapínacím odporem a celkovým nábojem hradla, což umožňuje vyšší rychlost spínání s vyšší účinností.

Karbid křemíku se vyrábí kombinací křemíku a uhlíku a může nabývat různých krystalických struktur. Karbid křemíku alfa má nejrozšířenější použití, protože jeho hexagonální krystalová struktura napodobuje wurtzit. Beta modifikace se svou krystalovou strukturou zinc blende je sice méně rozšířená, ale stále má několik aplikací.

Substráty z karbidu křemíku jsou nezbytné pro výrobu mnoha sofistikovaných polovodičových zařízení a musí být vhodně připraveny, aby umožňovaly epitaxní růst s vysokou přesností a konzistencí. Pro splnění tohoto úkolu se k epitaxnímu růstu používá lešticí suspenze na bázi diamantu a lešticí podložka, která odpovídá specifickým nástrojům instalovaným v zařízeních zákazníků.

Vysoká odolnost vůči tepelným šokům

Karbid křemíku nabízí výjimečnou odolnost vůči tepelným šokům díky své vynikající tepelné vodivosti a nízké roztažnosti, takže je vhodný pro odolávání teplotám, které dosahují extrémně vysokých hodnot, aniž by ztratil pevnost. Díky svým vlastnostem jsou vhodné pro použití jako podpěry zásobníků na wafery nebo lopatky v elektrických pecích a jsou odolné i vůči kyselinám nebo roztaveným solím.

Karbid křemíku je stále oblíbenějším materiálem pro brusné nástroje, jako jsou řezné kotouče a brusné kotouče, díky své odolnosti proti korozi, otěru a erozi. Slévárny používají tyglíky z karbidu křemíku pro tavení kovů ve slévárnách; jeho fyzikální vlastnosti i výjimečné elektronické vlastnosti z něj činí vhodného kandidáta pro energetická zařízení.

Při nákupu destiček z karbidu křemíku je důležité posoudit jejich krystalovou morfologii a hustotu defektů, protože to ovlivňuje výkon zařízení. Dále by se neměl zanedbat výběr účinného procesu dopování pro požadované elektrické vlastnosti.