Výhody destiček z karbidu křemíku

Karbid křemíku je umělá sloučenina křemíku a uhlíku, která má výjimečné elektrické a tepelně odolné vlastnosti.

Odolnost proti teplotním šokům předurčuje tento materiál k použití ve výkonových polovodičích a infrastruktuře pro nabíjení elektrických vozidel, kde zajišťuje přechodné mechanické zatížení způsobené náhlými změnami teploty. Tato vlastnost z něj dělá ideální volbu materiálu, pokud se uvažuje o odolnosti proti teplotním šokům jako požadavku pro použití.

Vysoká tepelná vodivost

Vysoká tepelná vodivost destiček z karbidu křemíku (SiC) je předurčuje k použití v elektronických zařízeních, která pracují při vysoké teplotě i napětí, jako jsou výkonové polovodiče používané v elektrických vozidlech nebo v technologii 5G, nebo vysokorychlostní senzory. Schopnost odolávat drsným podmínkám, jako jsou ty, které se vyskytují v letectví a kosmonautice, odlišuje SiC od jiných materiálů pro výrobu destiček.

Výroba SiC destiček vyžaduje několik kritických kroků. Nejprve se monokrystalické ingoty rozřežou na tenké plátky pomocí přesné pily. Poté se tyto destičky podrobí chemické a mechanické úpravě, aby se dosáhlo rovnoměrného povrchu a tloušťky, a pak slouží jako základ pro fotolitografii, leptání a nanášení, které vytvářejí polovodičové součástky.

Inženýrství a výzkum jsou v tomto procesu zásadní, zejména proto, že karbid křemíku je mnohem tvrdší než jeho křemíkový ekvivalent, a proto jeho řezání trvá podstatně déle než řezání křemíkového ekvivalentu. Metody krájení je proto třeba pečlivě kalibrovat.

V současné době je k dispozici více metod výroby vysoce kvalitních SiC destiček. Jednou z těchto metod je laserové řezání; tento přístup se osvědčil zejména u velkých a tvrdých materiálů, jako je SiC; tento proces však může být nákladný a vyžaduje značné technické úsilí pro úspěšnou realizaci.

Vysoká odolnost vůči tepelným šokům

Karbid křemíku přináší revoluci do výkonové elektroniky. Díky své schopnosti odolávat vysokým teplotám a napětím se tyto destičky staly základními součástmi elektromobilů a systémů obnovitelných zdrojů energie. Jejich široký pásový rozdíl jim umožňuje pracovat s vyššími frekvencemi než tradiční polovodičové materiály.

SiC je extrémně tvrdý keramický materiál, který je navržen tak, aby odolával extrémním teplotám a zároveň byl odolný vůči chemickým vlivům, což z něj činí ideální materiál pro použití v periferních ohřívačích a polovodičových pecích. Jeho odolnost proti teplotním šokům navíc pomáhá omezit poškození způsobené náhlými změnami teploty.

Karbid křemíku nabízí více než jen odolnost proti teplotním šokům; vyznačuje se také nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, což znamená, že jeho roztažnost a smršťování probíhá zhruba stejnou rychlostí, takže jeho rozměry zůstávají za extrémních podmínek stejné. Díky této vlastnosti je karbid křemíku ideální pro výrobu malých zařízení, která obsahují více tranzistorů na jednom čipu.

Materiál karbidu křemíku lze vyrábět buď spékáním elektrickým obloukem při vysokých teplotách ve vakuové peci, nebo chemickou depozicí z par (CVD), při níž specializované plyny vstupují do vakuového prostředí a spojují se za vzniku krychlových krystalů karbidu křemíku, které se pak nanášejí na substráty buď pomocí suspenze, nebo diamantových nástrojů.

Stabilita při vysokých teplotách

Karbid křemíku má výjimečné elektrické a tepelné vlastnosti, které z něj činí ideální materiál pro aplikace v oblasti výkonové elektroniky. Díky širokému pásmu odolávají vyšším teplotám a napětím než jiné polovodičové materiály a jejich vysoká pohyblivost elektronů jim navíc umožňuje efektivněji zpracovávat větší proudy, což vede k rychlejší odezvě a vyšší hustotě energie.

Výroba SiC destiček začíná s monokrystalickými ingoty vysoce čistého safíru, germania nebo křemíku. Po rozřezání na tenké plátky přesnou pilou projdou tyto ingoty několika chemickými a mechanickými procesy, aby se dosáhlo rovného a hladkého povrchu, který slouží jako plátno, na němž se formují zařízení, jako je fotolitografie, leptání a nanášení.

Karbid křemíku je chemická sloučenina složená z čistého křemíku a uhlíku, která může být dopována dusíkem nebo fosforem pro výrobu polovodičů typu n nebo galliem, hliníkem nebo bórem pro výrobu polovodičů typu p. Díky své odolnosti vůči korozi, nízkému bodu tání a tepelné stabilitě lze PEEK využít v mnoha průmyslových aplikacích - od podpěr a lopatek pro podnosy na destičky pro polovodičové pece až po podpěry a lopatky používané jako mechanismy pro přenos destiček. Výjimečná pevnost a odolnost karbidu křemíku z něj činí ideální materiál pro použití v zařízeních pro regulaci teploty a napětí, jako jsou termistory a varistory. Kromě toho tento vysoce odolný materiál dobře odolává radiaci i chemickým útokům - tyto vlastnosti vedly k jeho širokému rozšíření v energetických aplikacích, jako jsou elektromobily a nabíjecí infrastruktura.

Vysoká odolnost

Karbid křemíku odolává extrémním teplotám a napětím, což z něj činí vynikající volbu pro elektronická zařízení, která vyžadují vysoký výkon v náročných prostředích, jako jsou elektromobily, konverze solární energie, bezdrátové technologie 5G nebo letecká elektronika.

Destičky z karbidu křemíku (SiC) se vyrábějí z monokrystalických ingotů safíru, germania nebo křemíku, které se pomocí přesných pil rozřežou na destičky. Po vyleštění a úpravě pomocí chemických a mechanických procesů pro dosažení rovnoměrného povrchu a rovnoměrné tloušťky se SiC destičky stávají ideálními kandidáty pro fotolitografické zpracování, leptání nebo depoziční procesy.

Desky SiC jsou při výrobě vystaveny silnému namáhání a nárazům. Vzhledem k jeho křehké povaze je třeba při manipulaci s tímto materiálem dodržovat bezpečnostní opatření; pracovníci by například měli nosit ochranné pomůcky, aby se zabránilo vdechnutí prachu a kontaminaci.

SiC je širokopásmový polovodičový materiál, který nabízí lepší teplotní a frekvenční vlastnosti než běžné křemíkové součástky. Díky tomu je SiC atraktivní materiál pro společnosti, jako jsou ON Semiconductor (ON) a Wolfspeed (WOLF), které vyrábějí výkonové polovodiče na substrátech z karbidu křemíku.

Kvalita destiček hraje zásadní roli při jejich vhodnosti pro různé aplikace. Třídění destiček z karbidu křemíku - Prime a Research - stanovuje prahové hodnoty výkonu, kterých musí dosáhnout, aby pomohly inženýrům dosáhnout požadovaných výsledků. Destičky třídy Prime se vyznačují nízkou hustotou defektů a hustotou mikrotrubiček, což zaručuje minimum nedokonalostí, které by mohly například změnit funkčnost zařízení.