Vantagens do wafer de carbeto de silício

O wafer de carbeto de silício é um composto artificial de silício e carbono que oferece propriedades elétricas e de resistência ao calor excepcionais.

A resistência ao choque térmico torna esse material perfeito para uso em semicondutores de potência e infraestrutura de carregamento de veículos elétricos, fornecendo cargas mecânicas transitórias causadas por mudanças repentinas de temperatura. Essa propriedade o torna a escolha perfeita de material quando se considera a resistência a choques térmicos como um requisito de uso.

Alta condutividade térmica

A alta condutividade térmica dos wafers de carbeto de silício (SiC) faz deles os principais candidatos para dispositivos eletrônicos que operam em alta temperatura e tensão, como semicondutores de potência usados em veículos elétricos ou na tecnologia 5G, ou sensores de alta velocidade. Sua capacidade de resistir a ambientes adversos, como os encontrados no setor aeroespacial, distingue o SiC de outros materiais de wafer.

A fabricação de wafers de SiC requer várias etapas críticas. Primeiro, os lingotes de cristal único são cortados em wafers finos usando uma serra de precisão. Em seguida, esses wafers passam por tratamentos químicos e mecânicos para obter uma superfície e espessura uniformes antes de servirem de base para os processos de fotolitografia, gravação e deposição que criam dispositivos semicondutores.

A engenharia e a pesquisa são essenciais nesse processo, especialmente porque o carbeto de silício é muito mais duro do que seu equivalente em silício e, portanto, leva muito mais tempo para ser fatiado do que seu equivalente em silício. Portanto, os métodos de fatiamento devem ser calibrados cuidadosamente.

Atualmente, há vários métodos disponíveis para produzir wafers de SiC de alta qualidade. Um desses métodos é o fatiamento a laser; essa abordagem tem se mostrado particularmente bem-sucedida para materiais grandes e duros como o SiC; no entanto, esse processo pode ser caro e exigir um esforço considerável de engenharia para ser implementado com sucesso.

Alta resistência a choques térmicos

Os wafers de carbeto de silício estão revolucionando a eletrônica de potência. Graças à sua capacidade de suportar altas temperaturas e tensões, esses wafers se tornaram componentes essenciais de veículos elétricos e sistemas de energia renovável. Seu amplo bandgap permite que elas suportem frequências mais altas do que os materiais semicondutores tradicionais.

O SiC é um material cerâmico extremamente duro, projetado para suportar temperaturas extremas e resistir a ataques químicos, o que o torna o material perfeito para uso em periféricos de aquecedores e fornos de semicondutores. Além disso, sua resistência a choques térmicos ajuda a limitar os danos causados por mudanças bruscas de temperatura.

Os wafers de carbeto de silício oferecem mais do que resistência a choques térmicos; eles também apresentam um baixo coeficiente de expansão térmica, o que significa que sua expansão e contração ocorrem em taxas aproximadamente iguais, mantendo suas dimensões consistentes sob condições extremas. Essa característica torna o carbeto de silício ideal para a fabricação de pequenos dispositivos que incluem mais transistores em um chip.

O material de carbeto de silício pode ser produzido por meio de sinterização por arco elétrico em altas temperaturas em um forno a vácuo ou por deposição de vapor químico (CVD), em que gases especializados entram em um ambiente a vácuo e se combinam para formar cristais cúbicos de carbeto de silício, que são então depositados em substratos usando deposição de pasta ou ferramentas de diamante.

Estabilidade em altas temperaturas

As pastilhas de carbeto de silício possuem propriedades elétricas e térmicas excepcionais que as tornam o material perfeito para aplicações de eletrônica de potência. Seu amplo bandgap permite que resistam a temperaturas e tensões mais altas do que outros materiais semicondutores; além disso, sua alta mobilidade de elétrons permite que lidem com correntes maiores de forma mais eficiente, levando a tempos de resposta mais rápidos e maior densidade de energia.

A fabricação de wafers de SiC começa com lingotes de cristal único de safira, germânio ou silício de alta pureza. Depois de cortados em wafers finos com uma serra de precisão, esses lingotes passam por vários processos químicos e mecânicos para obter uma superfície plana e lisa, servindo como tela sobre a qual dispositivos como fotolitografia, gravação e deposição tomarão forma.

O carbeto de silício é um composto químico composto de silício puro e carbono que pode ser dopado com nitrogênio ou fósforo para produzir semicondutores do tipo n, ou gálio, alumínio ou boro para criar semicondutores do tipo p. Devido à sua resistência à corrosão, ao baixo ponto de fusão e às propriedades de estabilidade térmica, o PEEK pode ser utilizado em muitas aplicações industriais, desde suportes de bandeja de wafer e pás para fornos de semicondutores até suportes de bandeja de wafer e pás usadas como mecanismos de transferência de wafer. A resistência e a durabilidade excepcionais do carbeto de silício fazem dele um material ideal para uso em dispositivos de controle de temperatura e tensão, como termistores e varistores. Além disso, esse material altamente resistente resiste bem à exposição à radiação e a ataques químicos - qualidades que levaram à sua ampla adoção em aplicações de energia, como carros elétricos e infraestrutura de carregamento.

Alta durabilidade

Os wafers de carbeto de silício podem suportar temperaturas e tensões extremas, o que os torna uma excelente opção para dispositivos eletrônicos que precisam de alto desempenho em ambientes exigentes, como veículos elétricos, conversão de energia solar, tecnologia sem fio 5G ou eletrônicos aeroespaciais.

Os wafers de carbeto de silício (SiC) são criados a partir de lingotes de cristal único de safira, germânio ou silício que foram cortados em wafers usando serras de precisão. Depois de serem polidas e acabadas por meio de processos químicos e mecânicos para obter uniformidade de superfície e espessura, as pastilhas de SiC tornam-se candidatas ideais para o processamento de fotolitografia, gravação ou processos de deposição.

Os wafers de SiC passam por estresses e choques severos durante a produção. Devido à sua natureza frágil, é necessário tomar precauções ao manusear esse material; por exemplo, os trabalhadores devem usar equipamentos de proteção para evitar a inalação de poeira e a contaminação.

O SiC é um material semicondutor de banda larga, que oferece desempenho superior em termos de temperatura e frequência em relação aos dispositivos convencionais baseados em silício. Isso torna o SiC uma opção de material atraente para empresas como a ON Semiconductor (ON) e a Wolfspeed (WOLF), que produzem semicondutores de potência em substratos de carbeto de silício.

Os wafers de qualidade desempenham um papel essencial em sua adequação a várias aplicações. A classificação dos wafers de carbeto de silício - Prime e Research - define os limites de desempenho que eles devem atingir para ajudar os engenheiros a alcançar os resultados desejados. Os wafers de primeira linha apresentam baixas densidades de defeitos e densidades de microtubos para garantir imperfeições mínimas que poderiam alterar a funcionalidade do dispositivo, por exemplo.