Piikarbidikiekon edut

Piikarbidikiekko on piin ja hiilen keinotekoinen yhdiste, jolla on poikkeukselliset sähköä ja lämpöä kestävät ominaisuudet.

Lämpöshokin kestävyys tekee tästä materiaalista täydellisen käytettäväksi tehopuolijohteissa ja sähköajoneuvojen latausinfrastruktuurissa, joka tarjoaa äkillisten lämpötilanmuutosten aiheuttamia ohimeneviä mekaanisia kuormituksia. Tämä ominaisuus tekee siitä täydellisen materiaalivalinnan, kun lämpöshokkikestävyys on käyttövaatimus.

Korkea lämmönjohtavuus

Piikarbidikiekkojen (SiC) korkea lämmönjohtavuus tekee niistä erinomaisen ehdokkaan elektroniikkalaitteisiin, jotka toimivat sekä korkeassa lämpötilassa että korkealla jännitteellä, kuten sähköajoneuvoissa tai 5G-teknologiassa käytettäviin tehopuolijohteisiin tai nopeisiin antureihin. SiC:n kyky kestää ilmailu- ja avaruusalan kaltaisia vaativia ympäristöjä erottaa sen muista kiekkomateriaaleista.

SiC-kiekkojen valmistus vaatii useita kriittisiä vaiheita. Ensin yksikideharkot leikataan ohuiksi kiekoiksi tarkkuussahan avulla. Seuraavaksi nämä kiekot käsitellään kemiallisesti ja mekaanisesti, jotta niistä saadaan yhtenäinen pinta ja paksuus, minkä jälkeen niitä käytetään pohjana fotolitografia-, syövytys- ja laskeutusprosesseille, joilla luodaan puolijohdekomponentteja.

Tekniikka ja tutkimus ovat tässä prosessissa olennaisen tärkeitä, varsinkin kun piikarbidi on paljon kovempaa kuin vastaava pii ja sen viipalointi kestää siksi huomattavasti kauemmin kuin vastaavan piikimpaleen viipalointi. Viipalointimenetelmät on siksi kalibroitava huolellisesti.

Laadukkaiden SiC-kiekkojen valmistukseen on nykyisin käytettävissä useita menetelmiä. Yksi tällainen menetelmä on laserleikkaus, joka on osoittautunut erityisen onnistuneeksi SiC:n kaltaisille suurille ja koville materiaaleille; tämä prosessi voi kuitenkin olla kallis ja vaatii huomattavia teknisiä ponnistuksia, jotta se voidaan toteuttaa onnistuneesti.

Korkea lämpöshokkien kestävyys

Piikarbidikiekot mullistavat tehoelektroniikan. Koska nämä kiekot kestävät korkeita lämpötiloja ja jännitteitä, niistä on tullut sähköajoneuvojen ja uusiutuvan energian järjestelmien keskeisiä komponentteja. Niiden laajan kaistanleveyden ansiosta ne pystyvät käsittelemään korkeampia taajuuksia kuin perinteiset puolijohdemateriaalit.

SiC on erittäin kova keraaminen materiaali, joka on suunniteltu kestämään äärimmäisiä lämpötiloja ja vastustamaan kemiallisia hyökkäyksiä, joten se on täydellinen materiaali käytettäväksi lämmittimien oheislaitteissa ja puolijohdeuunissa. Lisäksi sen lämpöshokkikestävyys auttaa rajoittamaan äkillisten lämpötilamuutosten aiheuttamia vaurioita.

Piikarbidikiekot eivät ainoastaan kestä lämpöshokkeja, vaan niillä on myös alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tarkoittaa, että niiden laajeneminen ja supistuminen tapahtuu suunnilleen yhtä nopeasti, jolloin niiden mitat pysyvät tasaisina ääriolosuhteissa. Tämän ominaisuuden ansiosta piikarbidi sopii erinomaisesti pienten laitteiden valmistukseen, joissa yhdellä sirulla on useampia transistoreita.

Piikarbidimateriaalia voidaan valmistaa joko valokaarisintraamalla korkeissa lämpötiloissa tyhjiöuunissa tai kemiallisella kaasufaasipinnoituksella (CVD), jossa erikoistuneet kaasut pääsevät tyhjiöympäristöön ja yhdistyvät muodostaen kuutiomaisia piikarbidikiteitä, jotka sitten pinnoitetaan substraatille joko lietepinnoituksella tai timanttityökaluilla.

Korkean lämpötilan vakaus

Piikarbidikiekkoilla on poikkeukselliset sähköiset ja lämpöominaisuudet, jotka tekevät niistä täydellisen materiaalin tehoelektroniikan sovelluksiin. Laajan kaistanleveytensä ansiosta ne kestävät korkeampia lämpötiloja ja jännitteitä kuin muut puolijohdemateriaalit; lisäksi elektronien suuri liikkuvuus antaa niille mahdollisuuden käsitellä suurempia virtoja tehokkaammin, mikä johtaa nopeampiin vasteaikoihin ja suurempaan energiatiheyteen.

SiC-kiekkojen valmistus alkaa erittäin puhtaasta safiirista, germaniumista tai piistä valmistetuista yksikideharkoista. Kun nämä harkot on leikattu ohuiksi kiekoiksi tarkkuussahalla, ne käyvät läpi useita kemiallisia ja mekaanisia prosesseja saadakseen tasaisen, sileän pinnan, joka toimii kankaana, jonka päälle laitteet, kuten fotolitografia, syövytys ja laskeutuminen, muotoutuvat.

Piikarbidi on kemiallinen yhdiste, joka koostuu puhtaasta piistä ja hiilestä ja johon voidaan lisätä typpeä tai fosforia n-tyypin puolijohteiden tuottamiseksi tai galliumia, alumiinia tai booria p-tyypin puolijohteiden tuottamiseksi. Korroosionkestävyytensä, alhaisen sulamispisteensä ja lämpöstabiilisuutensa ansiosta PEEK:tä voidaan käyttää monissa teollisissa sovelluksissa - puolijohdeuunien kiekkotarjottimien tuista ja meloista aina kiekkotarjottimien tukiin ja meloihin, joita käytetään kiekkojen siirtomekanismeina. Piikarbidin poikkeuksellinen lujuus ja kestävyys tekevät siitä ihanteellisen materiaalin käytettäväksi lämpötilaa ja jännitettä säätelevissä laitteissa, kuten termistoreissa ja varistoreissa. Lisäksi tämä erittäin kestävä materiaali kestää hyvin säteilyaltistusta ja kemiallisia hyökkäyksiä - ominaisuudet, jotka ovat johtaneet sen laajamittaiseen käyttöön sähköautojen ja latausinfrastruktuurin kaltaisissa tehosovelluksissa.

Korkea kestävyys

Piikarbidikiekot kestävät äärimmäisiä lämpötiloja ja jännitteitä, joten ne ovat erinomainen valinta elektronisiin laitteisiin, jotka vaativat korkeaa suorituskykyä vaativissa ympäristöissä, kuten sähköajoneuvoissa, aurinkoenergian muuntamisessa, langattomassa 5G-teknologiassa tai ilmailuelektroniikassa.

Piikarbidikiekot (SiC) valmistetaan safiirista, germaniumista tai piistä valmistetuista yksikideharkoista, jotka on leikattu kiekoiksi tarkkuuspyörösahoilla. Kun SiC-kiekot on kiillotettu ja viimeistelty kemiallisilla ja mekaanisilla prosesseilla yhtenäisen pinnan ja paksuuden saavuttamiseksi, niistä tulee ihanteellisia ehdokkaita fotolitografiakäsittelyyn, syövytykseen tai laskeutumisprosesseihin.

SiC-kiekkoihin kohdistuu tuotannon aikana voimakkaita rasituksia ja iskuja. Materiaalin hauraan luonteen vuoksi sen käsittelyssä on noudatettava varotoimia; työntekijöiden on esimerkiksi käytettävä suojavarusteita pölyn hengittämisen ja saastumisen välttämiseksi.

SiC on laajakaistaläpimittainen puolijohdemateriaali, joka tarjoaa tavanomaisia piipohjaisia laitteita paremman suorituskyvyn lämpötilan ja taajuuden suhteen. Tämä tekee SiC:stä houkuttelevan materiaalivalinnan ON Semiconductorin (ON) ja Wolfspeedin (WOLF) kaltaisille yrityksille, jotka valmistavat tehopuolijohteita piikarbidialustoilla.

Laadukkailla kiekoilla on olennainen merkitys niiden soveltuvuuden kannalta eri sovelluksiin. Piikarbidikiekkojen luokittelu Prime- ja Research-luokkaan asettaa suorituskyvyn raja-arvot, jotka niiden on saavutettava, jotta insinöörit voivat saavuttaa halutut tulokset. Prime-luokan kiekoilla on alhaiset vikatiheydet ja mikropiipputiheydet, jotka takaavat, että esimerkiksi laitteen toimivuutta muuttavat puutteet ovat mahdollisimman vähäisiä.