Silicio karbido plokštelių privalumai

Silicio karbido plokštelė yra dirbtinis silicio ir anglies junginys, pasižymintis išskirtinėmis elektrai ir karščiui atspariomis savybėmis.

Dėl atsparumo šiluminiam smūgiui ši medžiaga puikiai tinka naudoti galios puslaidininkiuose ir elektromobilių įkrovimo infrastruktūroje, užtikrinant pereinamąsias mechanines apkrovas, kurias sukelia staigūs temperatūros pokyčiai. Dėl šios savybės ši medžiaga yra puikus pasirinkimas, kai atsparumas šiluminiam smūgiui laikomas naudojimo reikalavimu.

Didelis šilumos laidumas

Silicio karbido (SiC) plokštelės pasižymi dideliu šiluminiu laidumu, todėl jos yra puikus kandidatas elektronikos prietaisams, kurie veikia esant aukštai temperatūrai ir įtampai, pavyzdžiui, galios puslaidininkiams, naudojamiems elektrinėse transporto priemonėse ar 5G technologijose, arba didelės spartos jutikliams. SiC plokštelės iš kitų medžiagų išsiskiria tuo, kad gali atlaikyti atšiaurias aplinkos sąlygas, pavyzdžiui, tokias, kokios būdingos kosminėje erdvėje.

SiC plokštelių gamybai reikalingi keli svarbūs etapai. Pirmiausia monokristalų luitai precizišku pjūklu supjaustomi į plonas plokšteles. Po to šios plokštelės apdorojamos chemiškai ir mechaniškai, kad būtų pasiektas vienodas paviršius ir storis, ir tik tada naudojamos fotolitografijos, ėsdinimo ir nusodinimo procesams, kuriais kuriami puslaidininkiniai įtaisai.

Inžinerija ir moksliniai tyrimai yra labai svarbūs šiame procese, ypač dėl to, kad silicio karbidas yra daug kietesnis už silicio ekvivalentą, todėl jį pjaustyti užtrunka gerokai ilgiau nei analogišką silicio luitą. Todėl pjaustymo metodai turi būti kruopščiai kalibruojami.

Šiuo metu aukštos kokybės SiC plokštelėms gaminti galima taikyti kelis metodus. Vienas iš tokių metodų - pjaustymas lazeriu; šis metodas ypač pasiteisino naudojant dideles ir kietas medžiagas, tokias kaip SiC; tačiau šis procesas gali būti brangus, o norint jį sėkmingai įgyvendinti, reikia nemažai inžinerinių pastangų.

Didelis atsparumas šiluminiam smūgiui

Silicio karbido plokštelės iš esmės keičia galios elektroniką. Dėl gebėjimo atlaikyti aukštą temperatūrą ir įtampą šios plokštelės tapo esminiais elektrinių transporto priemonių ir atsinaujinančiosios energijos sistemų komponentais. Dėl plataus juostos tarpo jos gali dirbti didesniais dažniais nei tradicinės puslaidininkinės medžiagos.

SiC yra itin kieta keraminė medžiaga, sukurta taip, kad atlaikytų ekstremalias temperatūras ir būtų atspari cheminiam poveikiui, todėl puikiai tinka naudoti periferiniuose šildytuvuose ir puslaidininkių krosnyse. Be to, jos atsparumas terminiams smūgiams padeda apriboti pažeidimus, kuriuos sukelia staigūs temperatūros pokyčiai.

Silicio karbido plokštelės pasižymi ne tik atsparumu šiluminiam smūgiui, bet ir mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, t. y. jų plėtimosi ir susitraukimo greitis yra maždaug vienodas, todėl ekstremaliomis sąlygomis jų matmenys išlieka pastovūs. Dėl šios savybės silicio karbidas idealiai tinka mažiems prietaisams, kuriuose viename luste yra daugiau tranzistorių, gaminti.

Silicio karbido medžiaga gali būti gaminama sukepinant elektriniu lanku aukštoje temperatūroje vakuuminėje krosnyje arba cheminio nusodinimo iš garų (CVD) būdu, kai specialios dujos patenka į vakuuminę aplinką ir susijungdamos sudaro kubinius silicio karbido kristalus, kurie vėliau nusodinami ant substratų, naudojant nusodinimo suspensiją arba deimantinius įrankius.

Stabilumas aukštoje temperatūroje

Silicio karbido plokštelės pasižymi išskirtinėmis elektrinėmis ir šiluminėmis savybėmis, todėl yra puiki medžiaga galios elektronikos įrenginiams. Dėl plataus juostos tarpo jie gali atlaikyti aukštesnes temperatūras ir įtampas nei kitos puslaidininkinės medžiagos; be to, dėl didelio elektronų judrumo jie gali efektyviau valdyti didesnes sroves, todėl greičiau reaguoja ir padidina energijos tankį.

SiC plokštelių gamyba pradedama nuo monokristalinių didelio grynumo safyro, germanio arba silicio luitų. Tiksliu pjūklu supjaustyti plonomis plokštelėmis, šie luitai pereina keletą cheminių ir mechaninių procesų, kad gautų plokščią, lygų paviršių, ant kurio formuojami tokie prietaisai kaip fotolitografija, ėsdinimas ir nusodinimas.

Silicio karbidas yra cheminis junginys, sudarytas iš gryno silicio ir anglies, kuris gali būti legiruotas azotu arba fosforu, kad susidarytų n tipo puslaidininkiai, arba galiu, aliuminiu arba boru, kad susidarytų p tipo puslaidininkiai. Dėl atsparumo korozijai, žemos lydymosi temperatūros ir šiluminio stabilumo savybių PEEK gali būti naudojamas daugelyje pramonės sričių - nuo puslaidininkių krosnių plokštelių padėklų atramų ir padalų iki plokštelių padėklų atramų ir padalų, naudojamų kaip plokštelių perkėlimo mechanizmai. Silicio karbido išskirtinis tvirtumas ir ilgaamžiškumas lemia, kad jis yra ideali medžiaga, naudojama temperatūros ir įtampos reguliavimo įtaisuose, pavyzdžiui, termistoriuose ir varistoriuose. Be to, ši itin atspari medžiaga gerai atlaiko radiacijos poveikį ir cheminį poveikį - šios savybės lėmė, kad ši medžiaga plačiai paplito tokiose energetikos srityse kaip elektriniai automobiliai ir įkrovimo infrastruktūra.

Didelis patvarumas

Silicio karbido plokštelės gali atlaikyti ekstremalias temperatūras ir įtampas, todėl jos yra puikus pasirinkimas elektroniniams prietaisams, kuriems reikia didelio našumo reiklioje aplinkoje, pavyzdžiui, elektrinėse transporto priemonėse, saulės energijos konversijoje, 5G belaidžio ryšio technologijose ar kosminėje elektronikoje.

Silicio karbido (SiC) plokštelės gaminamos iš safyro, germanio arba silicio monokristalinių luitų, kurie tiksliais pjūklais supjaustomi į plokšteles. SiC plokštelės poliruojamos ir apdirbamos naudojant cheminius ir mechaninius procesus, kad būtų pasiektas vienodas paviršius ir storis, ir tampa idealiomis kandidatėmis fotolitografijos, ėsdinimo ar nusodinimo procesams.

Gamybos metu SiC plokštelės patiria didelius įtempius ir smūgius. Dėl jos trapumo dirbant su šia medžiaga būtina imtis atsargumo priemonių, pavyzdžiui, darbuotojai turėtų dėvėti apsaugines priemones, kad išvengtų dulkių įkvėpimo ir užteršimo.

SiC yra plataus pralaidumo puslaidininkinė medžiaga, pasižyminti geresnėmis temperatūrinėmis ir dažninėmis charakteristikomis nei įprasti silicio pagrindo prietaisai. Todėl SiC yra patraukli medžiaga tokioms bendrovėms kaip "ON Semiconductor" (ON) ir "Wolfspeed" (WOLF), kurios gamina galios puslaidininkius ant silicio karbido substratų.

Kokybiškos plokštelės yra labai svarbios dėl jų tinkamumo įvairioms reikmėms. Silicio karbido plokštelių klasifikavimas - "Prime" ir "Research" - nustato našumo ribas, kurias jos turi pasiekti, kad padėtų inžinieriams pasiekti norimų rezultatų. Pagrindinės klasės plokštelės pasižymi mažu defektų ir mikrodalelių tankiu, kad būtų užtikrintas minimalus defektų, galinčių pakeisti, pavyzdžiui, prietaiso funkcionalumą, kiekis.