Предимства на силициево-карбидните пластини

Силициевият карбид е изкуствено съединение на силиций и въглерод, което предлага изключителни електрически и топлоустойчиви свойства.

Устойчивостта на термичен шок прави този материал идеален за използване в силовите полупроводници и инфраструктурата за зареждане на електрически превозни средства, като осигурява преходни механични натоварвания, причинени от внезапни промени в температурата. Това свойство го прави идеален избор на материал, когато се разглежда устойчивостта на термичен шок като изискване за употреба.

Висока топлопроводимост

Високата топлопроводимост на пластините от силициев карбид (SiC) ги прави основен кандидат за електронни устройства, които работят както при висока температура, така и при високо напрежение, като например силови полупроводници, използвани в електрически превозни средства или 5G технологии, или високоскоростни сензори. Способността им да издържат на тежки условия, като тези в космическата индустрия, отличава SiC от другите материали за пластини.

Производството на SiC пластини изисква няколко важни стъпки. Първо, монокристалните слитъци се нарязват на тънки пластини с помощта на прецизен трион. След това тези пластини се подлагат на химическа и механична обработка, за да се постигне равномерна повърхност и дебелина, преди да послужат като основа за процесите на фотолитография, ецване и отлагане, които създават полупроводникови устройства.

Инженерингът и научните изследвания са от съществено значение за този процес, особено поради факта, че силициевият карбид е много по-твърд от силициевия си еквивалент и поради това нарязването му отнема значително повече време, отколкото нарязването на еквивалентното му силициево було. Поради това методите за нарязване трябва да се калибрират внимателно.

Понастоящем съществуват множество методи за производство на висококачествени SiC пластини. Един от тези методи е лазерното нарязване; този подход се е доказал като особено успешен за големи и твърди материали като SiC; този процес обаче може да бъде скъп и да изисква значителни инженерни усилия за успешното му прилагане.

Висока устойчивост на термичен шок

Плочите от силициев карбид правят революция в силовата електроника. Благодарение на способността им да издържат на високи температури и напрежения, тези пластини се превърнаха в основни компоненти на електромобилите и системите за възобновяема енергия. Широката им лента на пропускане им позволява да работят с по-високи честоти от традиционните полупроводникови материали.

SiC е изключително твърд керамичен материал, проектиран да издържа на екстремни температури, като същевременно е устойчив на химически атаки, което го прави идеален материал за използване в периферни нагреватели и пещи за полупроводници. Освен това неговата устойчивост на термичен шок помага да се ограничат повредите, причинени от внезапни температурни промени.

Плочите от силициев карбид предлагат повече от устойчивост на термични удари; те също така се отличават с нисък коефициент на термично разширение, което означава, че разширяването и свиването им става с приблизително еднакви темпове, като размерите им се запазват постоянни при екстремни условия. Тази характеристика прави силициевия карбид идеален за производство на малки устройства, които включват повече транзистори в един чип.

Материалът от силициев карбид може да бъде произведен чрез електродъгово синтероване при високи температури във вакуумна пещ или чрез химическо отлагане на пари (CVD), при което специализирани газове навлизат във вакуумна среда и се комбинират, за да образуват кубични кристали от силициев карбид, които след това се отлагат върху субстрати с помощта на суспензионно отлагане или диамантени инструменти.

Високотемпературна стабилност

Плочите от силициев карбид притежават изключителни електрически и термични свойства, които ги правят идеален материал за приложения в силовата електроника. Широката им лента на пропускане им позволява да издържат на по-високи температури и напрежения в сравнение с други полупроводникови материали; освен това високата подвижност на електроните им позволява да обработват по-ефективно по-големи токове, което води до по-бързо реагиране и по-голяма енергийна плътност.

Производството на SiC пластини започва с монокристални слитъци от сапфир, германий или силиций с висока чистота. След като бъдат нарязани на тънки пластини с прецизен трион, тези слитъци се подлагат на няколко химични и механични процеса, за да се получи плоска и гладка повърхност, която служи като платно, върху което се оформят устройства като фотолитография, ецване и отлагане.

Силициевият карбид е химично съединение, съставено от чист силиций и въглерод, което може да бъде легирано с азот или фосфор за получаване на полупроводници от n-тип, или с галий, алуминий или бор за създаване на полупроводници от p-тип. Благодарение на своята устойчивост на корозия, ниска температура на топене и термична стабилност, PEEK може да се използва в много промишлени приложения - от опори и лопатки за подложки за полупроводници до опори и лопатки за подложки, използвани като механизми за пренос на подложки. Изключителната здравина и издръжливост на силициевия карбид го прави идеален материал за използване в устройства за контрол на температурата и напрежението, като термистори и варистори. Освен това този високоустойчив материал издържа на радиационно облъчване, както и на химически атаки - качества, които доведоха до широкото му разпространение в енергийни приложения като електрически автомобили и зарядна инфраструктура.

Висока издръжливост

Пластините от силициев карбид издържат на екстремни температури и напрежения, което ги прави отличен избор за електронни устройства, които се нуждаят от висока производителност в трудни условия, като например електрически превозни средства, преобразуване на слънчева енергия, 5G безжични технологии или космическа електроника.

Пластините от силициев карбид (SiC) се произвеждат от монокристални слитъци от сапфир, германий или силиций, които са нарязани на пластини с помощта на прецизни триони. След като бъдат полирани и обработени с помощта на химически и механични процеси за постигане на равномерна повърхност и еднаква дебелина, SiC пластините стават идеални кандидати за фотолитографска обработка, ецване или процеси на отлагане.

По време на производството SiC пластините се подлагат на сериозни натоварвания и удари. Поради крехкия му характер трябва да се вземат предпазни мерки при работа с този материал; например работниците трябва да носят защитни средства, за да се избегне вдишване на прах и замърсяване.

SiC е широколентов полупроводников материал, който предлага по-добри температурни и честотни характеристики в сравнение с конвенционалните устройства на силициева основа. Това прави SiC привлекателен избор на материал за компании като ON Semiconductor (ON) и Wolfspeed (WOLF), които произвеждат силови полупроводници върху подложки от силициев карбид.

Качеството на пластините играе съществена роля за тяхната пригодност за различни приложения. Класификацията на пластините от силициев карбид - Prime и Research - определя праговете на производителност, които те трябва да достигнат, за да помогнат на инженерите да постигнат желаните резултати. Вафлите от първокласен клас се отличават с ниска плътност на дефектите и плътност на микротръбите, за да се гарантират минимални несъвършенства, които биха могли да променят функционалността на устройствата, например.