Πλεονεκτήματα της γκοφρέτας καρβιδίου πυριτίου

Η γκοφρέτα καρβιδίου του πυριτίου είναι μια τεχνητή ένωση πυριτίου και άνθρακα που προσφέρει εξαιρετικές ηλεκτρικές και θερμοανθεκτικές ιδιότητες.

Η αντοχή σε θερμικό σοκ καθιστά αυτό το υλικό ιδανικό για χρήση σε ημιαγωγούς ισχύος και υποδομές φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, παρέχοντας παροδικά μηχανικά φορτία που προκαλούνται από απότομες αλλαγές στη θερμοκρασία. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά την τέλεια επιλογή υλικού όταν εξετάζεται η αντοχή σε θερμικό σοκ ως απαίτηση χρήσης.

Υψηλή θερμική αγωγιμότητα

Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα των πλακιδίων καρβιδίου του πυριτίου (SiC) τα καθιστά προνομιακά υποψήφια για ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις, όπως οι ημιαγωγοί ισχύος που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά οχήματα ή στην τεχνολογία 5G, ή οι αισθητήρες υψηλής ταχύτητας. Η ικανότητά τους να αντέχουν σε σκληρά περιβάλλοντα όπως αυτά που συναντώνται στην αεροδιαστημική διακρίνουν το SiC από άλλα υλικά πλακιδίων.

Η κατασκευή πλακιδίων SiC απαιτεί διάφορα κρίσιμα βήματα. Πρώτον, οι μονοκρυσταλλικές ράβδοι κόβονται σε λεπτές γκοφρέτες με πριόνι ακριβείας. Στη συνέχεια, αυτές οι πλάκες υποβάλλονται σε χημικές και μηχανικές επεξεργασίες προκειμένου να επιτευχθεί ομοιόμορφη επιφάνεια και πάχος πριν χρησιμεύσουν ως βάση για τις διαδικασίες φωτολιθογραφίας, χάραξης και εναπόθεσης που δημιουργούν συσκευές ημιαγωγών.

Η μηχανική και η έρευνα είναι απαραίτητες σε αυτή τη διαδικασία, ιδίως επειδή το καρβίδιο του πυριτίου είναι πολύ πιο σκληρό από το αντίστοιχο πυρίτιο και, επομένως, χρειάζεται σημαντικά περισσότερος χρόνος για να κοπεί σε φέτες από το αντίστοιχο μπουλέ πυριτίου. Οι μέθοδοι τεμαχισμού πρέπει επομένως να βαθμονομούνται προσεκτικά.

Σήμερα, υπάρχουν πολλές διαθέσιμες μέθοδοι για την παραγωγή υψηλής ποιότητας πλακιδίων SiC. Μια τέτοια μέθοδος είναι η κοπή με λέιζερ- η προσέγγιση αυτή έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα επιτυχής για μεγάλα, σκληρά υλικά όπως το SiC- ωστόσο, η διαδικασία αυτή μπορεί να είναι ακριβή και να απαιτεί σημαντική μηχανική προσπάθεια για την επιτυχή εφαρμογή της.

Υψηλή αντοχή σε θερμικό σοκ

Τα πλακίδια καρβιδίου του πυριτίου φέρνουν επανάσταση στα ηλεκτρονικά ισχύος. Χάρη στην ικανότητά τους να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις, αυτές οι πλάκες έχουν γίνει βασικά συστατικά των ηλεκτρικών οχημάτων και των συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Το ευρύ χάσμα ζώνης τους επιτρέπει να διαχειρίζονται υψηλότερες συχνότητες από τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών.

Το SiC είναι ένα εξαιρετικά σκληρό κεραμικό υλικό που έχει σχεδιαστεί για να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα αντιστέκεται σε χημικές επιθέσεις, γεγονός που το καθιστά το τέλειο υλικό για χρήση σε περιφερειακά θερμαντικά σώματα και κλιβάνους ημιαγωγών. Επιπλέον, η αντοχή του στα θερμικά σοκ συμβάλλει στον περιορισμό των ζημιών που προκαλούνται από ξαφνικές μεταβολές της θερμοκρασίας.

Οι πλάκες καρβιδίου του πυριτίου προσφέρουν κάτι περισσότερο από αντοχή σε θερμικό σοκ- διαθέτουν επίσης χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, που σημαίνει ότι η διαστολή και η συστολή τους συμβαίνουν με περίπου ίσους ρυθμούς, διατηρώντας τις διαστάσεις τους σταθερές υπό ακραίες συνθήκες. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά το καρβίδιο του πυριτίου ιδανικό για την κατασκευή μικρών συσκευών που περιλαμβάνουν περισσότερα τρανζίστορ σε ένα τσιπ.

Το υλικό καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να παραχθεί είτε με πυροσυσσωμάτωση ηλεκτρικού τόξου σε υψηλές θερμοκρασίες σε κλίβανο κενού, είτε με χημική εναπόθεση ατμών (CVD), κατά την οποία εξειδικευμένα αέρια εισέρχονται σε περιβάλλον κενού και συνδυάζονται για να σχηματίσουν κυβικούς κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου, οι οποίοι στη συνέχεια εναποτίθενται σε υποστρώματα είτε με εναπόθεση πολτού είτε με εργαλεία διαμαντιού.

Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες

Τα πλακίδια καρβιδίου του πυριτίου διαθέτουν εξαιρετικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες που τα καθιστούν το τέλειο υλικό για εφαρμογές ηλεκτρονικών ισχύος. Το ευρύ χάσμα ζώνης τους επιτρέπει να αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και τάσεις από άλλα ημιαγωγικά υλικά- επιπλέον, η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων τους επιτρέπει να διαχειρίζονται αποτελεσματικότερα μεγαλύτερα ρεύματα, οδηγώντας σε ταχύτερους χρόνους απόκρισης και αυξημένη ενεργειακή πυκνότητα.

Η κατασκευή πλακιδίων SiC ξεκινά με μονοκρυσταλλικές ράβδους ζαφειριού, γερμανίου ή πυριτίου υψηλής καθαρότητας. Αφού κοπούν σε λεπτές γκοφρέτες με πριόνι ακριβείας, αυτές οι ράβδοι υποβάλλονται σε διάφορες χημικές και μηχανικές διεργασίες προκειμένου να αποκτήσουν μια επίπεδη, λεία επιφάνεια - που χρησιμεύει ως καμβάς πάνω στον οποίο θα πάρουν μορφή συσκευές όπως η φωτολιθογραφία, η χάραξη και η εναπόθεση.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια χημική ένωση αποτελούμενη από καθαρό πυρίτιο και άνθρακα που μπορεί να προστεθεί με άζωτο ή φώσφορο για την παραγωγή ημιαγωγών τύπου n, ή με γάλλιο, αλουμίνιο ή βόριο για τη δημιουργία ημιαγωγών τύπου p. Λόγω της αντίστασής του στη διάβρωση, του χαμηλού σημείου τήξης και των ιδιοτήτων θερμικής σταθερότητας, το PEEK μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές - από τα στηρίγματα και τα πτερύγια δίσκων πλακιδίων για φούρνους ημιαγωγών, έως τα στηρίγματα και τα πτερύγια δίσκων πλακιδίων που χρησιμοποιούνται ως μηχανισμοί μεταφοράς πλακιδίων. Η εξαιρετική αντοχή και ανθεκτικότητα του καρβιδίου του πυριτίου το καθιστά ιδανικό υλικό για χρήση σε διατάξεις ελέγχου θερμοκρασίας και τάσης, όπως θερμίστορ και βαρίστορ. Επιπλέον, αυτό το εξαιρετικά ανθεκτικό υλικό αντέχει καλά στην έκθεση σε ακτινοβολία καθώς και σε χημικές επιθέσεις - ιδιότητες που έχουν οδηγήσει στην ευρεία υιοθέτησή του σε εφαρμογές ισχύος, όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και οι υποδομές φόρτισης.

Υψηλή ανθεκτικότητα

Τα πλακίδια καρβιδίου πυριτίου μπορούν να αντέξουν σε ακραίες θερμοκρασίες και τάσεις, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετική επιλογή για ηλεκτρονικές συσκευές που χρειάζονται υψηλές επιδόσεις σε απαιτητικά περιβάλλοντα, όπως ηλεκτρικά οχήματα, μετατροπή ηλιακής ενέργειας, ασύρματη τεχνολογία 5G ή αεροδιαστημικά ηλεκτρονικά.

Οι δίσκοι καρβιδίου του πυριτίου (SiC) δημιουργούνται από μονοκρυσταλλικές ράβδους ζαφειριού, γερμανίου ή πυριτίου που έχουν κοπεί σε δίσκους με πριόνια ακριβείας. Μετά τη στίλβωση και το φινίρισμα με τη χρήση χημικών και μηχανικών διεργασιών για την επίτευξη ομοιόμορφης επιφάνειας και ομοιομορφίας πάχους, οι γκοφρέτες SiC γίνονται ιδανικοί υποψήφιοι για φωτολιθογραφική επεξεργασία, χάραξη ή διαδικασίες εναπόθεσης.

Τα πλακίδια SiC υφίστανται σοβαρές καταπονήσεις και κραδασμούς κατά τη διάρκεια της παραγωγής. Λόγω της εύθραυστης φύσης του, πρέπει να λαμβάνονται προφυλάξεις κατά το χειρισμό αυτού του υλικού- για παράδειγμα, οι εργαζόμενοι πρέπει να φορούν προστατευτικό εξοπλισμό για να αποφεύγεται η εισπνοή σκόνης και η μόλυνση.

Το SiC είναι ένα υλικό ημιαγωγών με ευρύ χάσμα ζώνης, το οποίο προσφέρει ανώτερες επιδόσεις σε θερμοκρασία και συχνότητα σε σχέση με τις συμβατικές διατάξεις που βασίζονται στο πυρίτιο. Αυτό καθιστά το SiC μια ελκυστική επιλογή υλικού για εταιρείες όπως η ON Semiconductor (ON) και η Wolfspeed (WOLF), οι οποίες παράγουν ημιαγωγούς ισχύος σε υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου.

Η ποιότητα των πλακιδίων παίζει ουσιαστικό ρόλο στην καταλληλότητά τους για διάφορες εφαρμογές. Η διαβάθμιση των πλακιδίων καρβιδίου του πυριτίου-Prime και Research-ορίζει τα όρια απόδοσης που πρέπει να επιτύχουν προκειμένου να βοηθήσουν τους μηχανικούς να επιτύχουν τα επιθυμητά αποτελέσματα. Οι γκοφρέτες ποιότητας Prime διαθέτουν χαμηλή πυκνότητα ατελειών και πυκνότητα μικροσωλήνων για να εγγυώνται ελάχιστες ατέλειες που θα μπορούσαν να αλλοιώσουν τη λειτουργικότητα της συσκευής, για παράδειγμα.