مزايا رقاقة كربيد السيليكون كربيد السيليكون

رقاقة كربيد السيليكون عبارة عن مركب صناعي من السيليكون والكربون يوفر خصائص استثنائية في مقاومة الكهرباء والحرارة.

إن مقاومة الصدمات الحرارية تجعل هذه المادة مثالية للاستخدام في أشباه موصلات الطاقة والبنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية، مما يوفر أحمالاً ميكانيكية عابرة ناجمة عن التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة. هذه الخاصية تجعلها الخيار المثالي للمواد عند التفكير في مقاومة الصدمات الحرارية كشرط للاستخدام.

موصلية حرارية عالية

إن الموصلية الحرارية العالية لرقائق كربيد السيليكون (SiC) تجعلها مرشحة رئيسية للأجهزة الإلكترونية التي تعمل في درجات حرارة وجهد عالية، مثل أشباه موصلات الطاقة المستخدمة في السيارات الكهربائية أو تكنولوجيا الجيل الخامس، أو أجهزة الاستشعار عالية السرعة. إن قدرة هذه الرقائق على تحمل البيئات القاسية مثل تلك الموجودة في الفضاء الجوي تميز رقائق SiC عن غيرها من مواد الرقائق الأخرى.

يتطلب تصنيع رقائق SiC عدة خطوات حاسمة. أولاً، يتم تقطيع السبائك البلورية المفردة إلى رقائق رقيقة باستخدام منشار دقيق. بعد ذلك، تخضع هذه الرقائق لمعالجات كيميائية وميكانيكية من أجل الحصول على سطح وسمك موحد قبل أن تُستخدم كأساس لعمليات الطباعة الليثوغرافية الضوئية والحفر والترسيب التي تخلق أجهزة أشباه الموصلات.

وتعد الهندسة والبحث ضروريان في هذه العملية، خاصة وأن كربيد السيليكون أكثر صلابة بكثير من مكافئه من السيليكون، وبالتالي يستغرق وقتًا أطول بكثير للتقطيع من كريات السيليكون المكافئة له. لذلك يجب معايرة طرق التقطيع بعناية.

كما هو الحال الآن، هناك طرق متعددة متاحة لإنتاج رقائق SiC عالية الجودة. وإحدى هذه الطرق هي التقطيع بالليزر؛ وقد أثبت هذا النهج نجاحه بشكل خاص بالنسبة للمواد الكبيرة والصلبة مثل سيليكون السيليكون؛ ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه العملية مكلفة وتتطلب جهدًا هندسيًا كبيرًا لتنفيذها بنجاح.

مقاومة عالية للصدمات الحرارية

تُحدث رقائق كربيد السيليكون ثورة في مجال إلكترونيات الطاقة. وبفضل قدرتها على تحمل درجات الحرارة والجهود العالية، أصبحت هذه الرقائق مكونات أساسية في السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة. تتيح لها فجوة النطاق الواسعة التعامل مع ترددات أعلى من مواد أشباه الموصلات التقليدية.

SiC هي مادة خزفية شديدة الصلابة مصممة لتحمل درجات الحرارة القصوى مع مقاومة الهجوم الكيميائي، مما يجعلها المادة المثالية للاستخدام في أجهزة التسخين الطرفية وأفران أشباه الموصلات. وعلاوة على ذلك، تساعد مقاومته للصدمات الحرارية على الحد من الأضرار الناجمة عن التحولات المفاجئة في درجات الحرارة.

توفر رقائق كربيد السيليكون أكثر من مجرد مقاومة الصدمات الحرارية؛ فهي تتميز أيضًا بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يعني أن تمددها وانكماشها يحدث بمعدلات متساوية تقريبًا، مما يحافظ على ثبات أبعادها في ظل الظروف القاسية. وتجعل هذه الميزة كربيد السيليكون مثاليًا لتصنيع الأجهزة الصغيرة التي تتضمن المزيد من الترانزستورات على رقاقة واحدة.

يمكن إنتاج مادة كربيد السيليكون إما من خلال التلبيد بالقوس الكهربائي في درجات حرارة عالية في فرن تفريغ، أو من خلال الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، حيث تدخل الغازات المتخصصة في بيئة مفرغة من الهواء وتتحد لتكوين بلورات كربيد السيليكون المكعبة التي يتم ترسيبها بعد ذلك على ركائز باستخدام إما ترسيب الطين أو أدوات الماس.

ثبات في درجات الحرارة العالية

تتمتع رقائق كربيد السيليكون بخصائص كهربائية وحرارية استثنائية تجعلها المادة المثالية لتطبيقات إلكترونيات الطاقة. وتسمح لها فجوة نطاقها الواسعة بتحمل درجات حرارة وفولتية أعلى من مواد أشباه الموصلات الأخرى؛ وعلاوة على ذلك، فإن قابليتها العالية للإلكترونات تمكنها من التعامل مع تيارات أكبر بشكل أكثر فعالية، مما يؤدي إلى أوقات استجابة أسرع وزيادة كثافة الطاقة.

يبدأ تصنيع رقائق SiC بسبائك بلورية مفردة من الياقوت أو الجرمانيوم أو السيليكون عالية النقاء. وبمجرد تقطيعها إلى رقائق رقيقة باستخدام منشار دقيق، تخضع هذه السبائك لعدة عمليات كيميائية وميكانيكية من أجل الحصول على سطح مستوٍ وأملس - حيث تكون بمثابة اللوحة التي تتشكل عليها الأجهزة مثل الطباعة الليثوغرافية الضوئية والحفر والترسيب.

كربيد السيليكون هو مركب كيميائي يتكون من السيليكون النقي والكربون الذي يمكن تطعيمه بالنيتروجين أو الفوسفور لإنتاج أشباه موصلات من النوع n، أو الغاليوم أو الألومنيوم أو البورون لإنتاج أشباه موصلات من النوع p. ونظرًا لمقاومته للتآكل وانخفاض درجة انصهاره وخصائص ثباته الحراري، يمكن استخدام نظرة خاطفة على البولي إيثيلين كربون في العديد من التطبيقات الصناعية - بدءًا من دعامات صينية الرقاقات والمجاذيف لأفران أشباه الموصلات، إلى دعامات صينية الرقاقات والمجاذيف المستخدمة كآليات لنقل الرقاقات. إن قوة كربيد السيليكون ومتانته الاستثنائية تجعله مادة مثالية للاستخدام في أجهزة التحكم في درجة الحرارة والجهد، مثل الثرمستورات والمتغيرات. وعلاوة على ذلك، فإن هذه المادة عالية المقاومة تتحمل بشكل جيد التعرض للإشعاع وكذلك الهجوم الكيميائي - وهي صفات أدت إلى اعتمادها على نطاق واسع في تطبيقات الطاقة مثل السيارات الكهربائية والبنية التحتية للشحن.

متانة عالية

يمكن لرقائق كربيد السيليكون أن تتحمل درجات الحرارة والجهود الفولتية القصوى، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للأجهزة الإلكترونية التي تحتاج إلى أداء عالٍ في البيئات الصعبة مثل السيارات الكهربائية أو تحويل الطاقة الشمسية أو تكنولوجيا الجيل الخامس اللاسلكية أو إلكترونيات الفضاء.

يتم إنشاء رقاقات كربيد السيليكون (SiC) من سبائك بلورية مفردة من الياقوت أو الجرمانيوم أو السيليكون التي تم تقطيعها إلى رقائق باستخدام مناشير دقيقة. بعد صقلها وإنهائها باستخدام عمليات كيميائية وميكانيكية لتحقيق سطح موحد وتوحيد سمكها، تصبح رقائق SiC مرشحة مثالية لمعالجة الطباعة الليثوغرافية الضوئية أو الحفر أو عمليات الترسيب.

تتعرض رقائق SiC لضغوط وصدمات شديدة أثناء الإنتاج. نظرًا لطبيعتها الهشة، يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة عند التعامل مع هذه المادة؛ على سبيل المثال، يجب على العمال ارتداء معدات واقية لتجنب استنشاق الغبار والتلوث.

SiC هي مادة أشباه موصلات ذات فجوة واسعة النطاق، تقدم أداءً فائقًا في درجات الحرارة والتردد مقارنةً بالأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون. وهذا ما يجعل من SiC خياراً جذاباً لشركات مثل ON Semiconductor (ON) وWolfspeed (WOLF)، التي تنتج أشباه موصلات الطاقة على ركائز كربيد السيليكون.

تلعب الرقائق عالية الجودة دورًا أساسيًا في ملاءمتها لمختلف التطبيقات. ويحدد تصنيف رقاقات كربيد السيليكون - الرقائق من الدرجة الأولى والأبحاث - عتبات الأداء التي يجب أن تصل إليها لمساعدة المهندسين على الوصول إلى النتائج المرجوة. تتميز رقاقات الدرجة الرئيسية بكثافة عيوب منخفضة وكثافة أنابيب دقيقة لضمان الحد الأدنى من العيوب التي يمكن أن تغير وظائف الجهاز، على سبيل المثال.