Vorteile von Siliziumkarbid-Wafern

Siliziumkarbid-Wafer sind ein innovatives Halbleitersubstrat mit vielen Vorteilen gegenüber herkömmlichem Silizium. Von der Revolutionierung der Leistungselektronik bis zur Bereitstellung von Ultrahochgeschwindigkeits-Kommunikationssystemen verspricht Siliziumkarbid revolutionäre Veränderungen in einer Reihe von Technologien und Branchen.

SiC hält hohen Temperaturen und Spannungen stand, was es zu einem unverzichtbaren Material für Leistungshalbleiter, Photovoltaikzellen und die Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen macht. Leider erfordert seine Härte spezielle Werkzeuge für das Schneiden des Materials.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Siliziumkarbid-Wafer sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen Wärmeleitfähigkeit und ihrer Fähigkeit, Wärme während des Betriebs effektiv abzuleiten, wesentliche Bestandteile der Leistungselektronik, so dass die Geräte auch unter rauen Bedingungen ohne Leistungseinbußen arbeiten können.

Die große Bandlücke von Siliciumcarbid erschwert den Übergang von Elektronen aus den Valenzbändern in die Leitungsbänder, wodurch Leckagen bei Hochspannungsanwendungen und thermische Leckagen verhindert werden. Seine Oxidationsbeständigkeit und chemische Inertheit machen es außerdem zu einem ausgezeichneten Material für viele Hochtemperatur-Halbleiteranwendungen.

Siliziumkarbid hat einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was bedeutet, dass sich seine Ausdehnung oder Kontraktion bei Wärme- oder Kälteänderungen nicht wesentlich ändert. Dies trägt dazu bei, die durch Temperaturgradienten verursachte Belastung zu verringern, die zu Rissen oder Brüchen in den Bauteilen führen könnte, und ermöglicht gleichzeitig, dass mehr Transistoren auf einen Wafer passen - beides wichtige Merkmale zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Chip-Produktion.

Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient

Siliziumkarbid weist einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, d. h. es dehnt sich bei Temperaturschwankungen nicht so stark aus oder zieht sich nicht so stark zusammen, was es zu einem idealen Material für Anwendungen macht, die ein hohes Maß an Stabilität erfordern, wie etwa Mobiltelefone und andere elektronische Geräte. Außerdem kann Siliciumcarbid extremen Temperaturen standhalten und ist gleichzeitig resistent gegen chemische Angriffe.

Silikonkautschuk in Lebensmittelqualität ist nicht nur ungiftig, sondern kann auch in der Lebensmittelproduktion verwendet werden. Darüber hinaus reichen seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von feuerfesten Auskleidungen und Isolierkomponenten für Industrieöfen bis hin zu Gleitlagern und Gleitringdichtungen in Rohrsystemen.

Die Hersteller produzieren kubische Siliciumcarbid-Wafer, indem sie Quarzsand mit Petrolkoks oder einer anderen Kohlenstoffquelle in einem offenen "Acheson"-Ofen auf hohe Temperaturen erhitzen, wobei grünes oder schwarzes kristallines Siliciumcarbid von hoher Reinheit austritt. Einige Hersteller verwenden auch die chemische Gasphasenabscheidung zur Herstellung von kubischem Siliciumcarbid; beide Methoden verbrauchen große Mengen an Energie und Ausrüstung.

Hohe Härte

Siliziumkarbid ist bekanntlich extrem widerstandsfähig und resistent gegen Temperaturschocks, was bedeutet, dass plötzliche Temperaturveränderungen nicht zu Rissen oder Brüchen führen. Dies macht Siliziumkarbid zu einem ausgezeichneten Material für Geräte, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen erfordern, wie z. B. Leistungshalbleiter; außerdem weist es einen geringeren Durchlasswiderstand und eine geringere Gesamt-Gate-Ladung auf, was schnellere Schaltgeschwindigkeiten mit höherer Effizienz ermöglicht.

Siliciumcarbid wird aus der Verbindung von Silicium und Kohlenstoff hergestellt und kann verschiedene Kristallstrukturen annehmen. Alpha-Siliciumcarbid wird am häufigsten verwendet, da seine hexagonale Kristallstruktur Wurtzit nachahmt. Die Beta-Modifikation mit ihrer Zinkblende-Kristallstruktur ist zwar weniger verbreitet, hat aber dennoch mehrere Anwendungen.

Siliziumkarbidsubstrate werden für die Herstellung vieler anspruchsvoller Halbleiterbauelemente benötigt und müssen entsprechend vorbereitet werden, um das Epitaxiewachstum mit einem hohen Maß an Präzision und Konsistenz zu ermöglichen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, werden für das Epitaxiewachstum eine Polierflüssigkeit auf Diamantbasis und ein Polierpad verwendet, die zu den spezifischen Werkzeugen passen, die in den Anlagen der Kunden installiert sind.

Hohe Temperaturwechselbeständigkeit

Siliciumcarbid-Wafer bieten aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und geringen Ausdehnung eine außergewöhnliche Temperaturwechselbeständigkeit, so dass sie extrem hohen Temperaturen standhalten können, ohne an Festigkeit zu verlieren. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sie sich für die Verwendung als Wafer-Tray-Träger oder Paddles in Elektroöfen und sind sogar gegen Säuren oder geschmolzene Salze beständig.

Siliziumkarbid wird aufgrund seiner Beständigkeit gegen Korrosion, Abrieb und Erosion immer häufiger für Schleifwerkzeuge wie Trenn- und Schleifscheiben verwendet. Gießereien verwenden Tiegel aus Siliziumkarbid zum Schmelzen von Metallen in Gießereien; seine physikalischen Eigenschaften sowie seine außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften machen es zu einem geeigneten Kandidaten für Leistungsgeräte.

Beim Kauf von Siliziumkarbid-Wafern ist es von entscheidender Bedeutung, die Kristallmorphologie und die Defektdichte zu beurteilen, da dies die Leistung der Bauelemente beeinflusst. Außerdem sollte die Auswahl eines effektiven Dotierungsverfahrens für die gewünschten elektrischen Eigenschaften nicht vernachlässigt werden.