مزايا رقاقة كربيد السيليكون كربيد السيليكون

تُعد رقاقة كربيد السيليكون ركيزة مبتكرة من أشباه الموصلات تتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بالسيليكون التقليدي. من إحداث ثورة في مجال إلكترونيات الطاقة إلى توفير أنظمة اتصالات فائقة السرعة، يعد كربيد السيليكون بإحداث تغييرات ثورية في مجموعة من التقنيات والصناعات.

تصمد SiC بشكل جيد ضد درجات الحرارة والجهود العالية، مما يجعلها مادة أساسية لأشباه موصلات الطاقة والخلايا الكهروضوئية والبنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية. ولسوء الحظ، تتطلب صلابته أدوات خاصة لقطعه.

موصلية حرارية عالية

تُعد رقائق كربيد السيليكون من المكونات الأساسية لإلكترونيات الطاقة بسبب توصيلها الحراري الاستثنائي وقدرتها على تشتيت الحرارة بفعالية أثناء التشغيل، مما يتيح للأجهزة الأداء حتى في الظروف القاسية دون تدهور في الأداء.

إن فجوة النطاق الواسعة لكربيد السيليكون تجعل من الصعب على الإلكترونات المرور من نطاقات التكافؤ إلى نطاقات التوصيل الخاصة به، مما يساعد على منع التسرب في التطبيقات عالية الجهد ويمنع التسرب الحراري. وعلاوةً على ذلك، فإن مقاومته للأكسدة والخمول الكيميائي يجعله خياراً ممتازاً للمواد في العديد من تطبيقات أشباه الموصلات ذات درجات الحرارة العالية.

ويتميز كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يعني أن تمدده أو انكماشه أثناء تغيرات الحرارة أو البرودة لا يتغير بشكل كبير، مما يساعد على تقليل الإجهاد الناجم عن تدرجات درجات الحرارة التي قد تؤدي إلى تصدع أو كسر الأجهزة، مع تمكين المزيد من الترانزستورات من احتواء رقاقة واحدة - وكلاهما ميزتان مهمتان في تحسين موثوقية إنتاج الرقاقة.

معامل تمدد حراري منخفض

يتميز كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يعني أنه لا يتمدد أو ينكمش بشكل كبير عند تغير درجات الحرارة، مما يجعله مادة مثالية للتطبيقات التي تتطلب درجات عالية من الثبات مثل الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية الأخرى. علاوة على ذلك، يمكن أن يتحمل كربيد السيليكون درجات الحرارة القصوى مع مقاومة الهجمات الكيميائية.

لا يُعد مطاط السيليكون المخصص للأغذية آمنًا من الناحية الغذائية فحسب، بل يمكن استخدامه في إنتاج الأغذية أيضًا. وعلاوة على ذلك، تتراوح استخداماته المختلفة من البطانات المقاومة للحرارة ومكونات العزل للأفران الصناعية إلى محامل الاحتكاك والموانع الميكانيكية في أنظمة الأنابيب.

يقوم المصنعون بإنتاج رقائق كربيد السيليكون المكعبة عن طريق تسخين رمل السيليكا مع فحم الكوك النفطي أو مصدر كربون آخر إلى درجات حرارة عالية في فرن "أتشيسون" مفتوح، مما ينتج كربيد السيليكون البلوري الأخضر أو الأسود ذو النقاء العالي الذي يخرج. وتستخدم بعض الشركات المصنعة أيضًا ترسيب البخار الكيميائي لإنتاج كربيد السيليكون المكعب؛ وتستهلك كلتا الطريقتين كميات هائلة من الطاقة والمعدات.

صلابة عالية

من المعروف عن كربيد السيليكون أنه مرن للغاية ومقاوم للصدمات الحرارية، مما يعني أن التحولات المفاجئة في درجات الحرارة لا تؤدي إلى تكسير أو كسر مفاجئ. وهذا ما يجعل كربيد السيليكون خيارًا ممتازًا من المواد للأجهزة التي تتطلب مقاومة عالية ضد التلف مثل أشباه موصلات الطاقة؛ بالإضافة إلى أنه يتميز بمقاومة تشغيل وشحنة بوابة إجمالية أقل مما يسمح بسرعات تبديل أسرع مع كفاءة أكبر.

يتم إنتاج كربيد السيليكون من دمج السيليكون والكربون معًا، ويمكن أن يتخذ تراكيب بلورية مختلفة. وكربيد السيليكون ألفا هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، حيث يحاكي تركيبه البلوري السداسي الشكل بنية Wurtzite. قد يكون تعديل بيتا بتركيبته البلورية الزنك blende أقل انتشارًا ولكن لا يزال له العديد من التطبيقات.

تُعد ركائز كربيد السليكون مطلوبة لتصنيع العديد من أجهزة أشباه الموصلات المتطورة، ويجب إعدادها بشكل مناسب لتسهيل النمو الفوقي بمستويات عالية من الدقة والاتساق. ولإنجاز هذه المهمة، يتم استخدام ملاط صقل قائم على الماس ووسادة صقل تتطابق مع أدوات محددة مثبتة في منشآت العملاء للنمو فوق الإبيتاكسالي.

مقاومة عالية للصدمات الحرارية

توفر رقاقات كربيد السيليكون مقاومة استثنائية للصدمات الحرارية بفضل توصيلها الحراري الفائق وتمددها المنخفض، مما يجعلها مناسبة لتحمل درجات الحرارة التي تصل إلى درجات حرارة عالية للغاية دون أن تفقد قوتها. كما أن خواصها تجعلها مناسبة للاستخدام كدعامات لصينية الرقاقات أو مجاديف في الأفران الكهربائية، بل إنها مقاومة للأحماض أو الأملاح المنصهرة.

يُعد كربيد السيليكون خيارًا شائعًا على نحو متزايد من المواد المستخدمة في الأدوات الكاشطة، مثل أقراص القطع وعجلات الطحن، نظرًا لمتانتها ضد التآكل والتآكل والتعرية. وتستخدم المسابك بوتقات كربيد السيليكون لصهر المعادن في المسابك؛ كما أن خصائصه الفيزيائية بالإضافة إلى خصائصه الإلكترونية الاستثنائية تجعله مرشحًا مناسبًا لأجهزة الطاقة.

عند شراء رقاقات كربيد السيليكون، من المهم تقييم شكلها البلوري وكثافة عيوبها لأن ذلك سيؤثر على أداء الجهاز. وعلاوة على ذلك، لا ينبغي إهمال اختيار عملية التخدير الفعالة للخصائص الكهربائية المرغوبة.