Výhody karbidu kremíka

Karbid kremíka je inovatívny polovodičový substrát s mnohými výhodami oproti tradičnému kremíku. Karbid kremíka sľubuje revolučné zmeny v celom rade technológií a priemyselných odvetví, od revolúcie vo výkonovej elektronike až po poskytovanie ultravysokorýchlostných komunikačných systémov.

SiC dobre odoláva vysokým teplotám a napätiam, vďaka čomu je základným materiálom pre výkonové polovodiče, fotovoltaické články a infraštruktúru nabíjania elektrických vozidiel. Bohužiaľ, jeho tvrdosť si vyžaduje špeciálne nástroje na jeho rezanie.

Vysoká tepelná vodivosť

Karbid kremíka je základnou súčasťou výkonovej elektroniky vďaka svojej výnimočnej tepelnej vodivosti a schopnosti efektívne rozptyľovať teplo počas prevádzky, čo umožňuje zariadeniam fungovať aj v náročných podmienkach bez zníženia výkonu.

Široká pásmová medzera karbidu kremíka sťažuje prechod elektrónov z valenčných pásiem do vodivostných pásiem, čo pomáha predchádzať únikom vo vysokonapäťových aplikáciách a zabraňuje termonukleárnym únikom. Okrem toho je vďaka svojej odolnosti voči oxidácii a chemickej inertnosti vynikajúcou voľbou materiálu pre mnohé vysokoteplotné polovodičové aplikácie.

Karbid kremíka sa môže pochváliť nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti, čo znamená, že jeho rozťahovanie alebo zmršťovanie sa pri zmenách teploty alebo chladu výrazne nemení, čo pomáha znižovať napätie spôsobené teplotnými gradientmi, ktoré by mohli mať za následok praskanie alebo lámanie zariadení, a zároveň umožňuje umiestniť viac tranzistorov na jednu doštičku - obe tieto vlastnosti sú dôležité pre zvýšenie spoľahlivosti výroby čipov.

Nízky koeficient tepelnej rozťažnosti

Karbid kremíka má nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, čo znamená, že sa pri zmene teploty tak výrazne nerozťahuje ani nezmenšuje, čo z neho robí ideálny materiál pre aplikácie vyžadujúce vysoký stupeň stability, ako sú mobilné telefóny a iné elektronické zariadenia. Okrem toho karbid kremíka znesie extrémne teploty a zároveň odoláva chemickým útokom.

Potravinársky silikónový kaučuk je nielen netoxický, ale môže sa používať aj pri výrobe potravín. Okrem toho sa používa na rôzne účely, od žiaruvzdorných výmuroviek a izolačných komponentov pre priemyselné pece až po trecie ložiská a mechanické tesnenia v potrubných systémoch.

Výrobcovia vyrábajú kubické plátky karbidu kremíka zahrievaním kremičitého piesku s ropným koksom alebo iným zdrojom uhlíka na vysoké teploty v otvorenej "Achesonovej" peci, pričom vzniká zelený alebo čierny kryštalický karbid kremíka vysokej čistoty. Niektorí výrobcovia používajú na výrobu kubického karbidu kremíka aj chemické naparovanie; obe metódy spotrebujú obrovské množstvo energie a zariadení.

Vysoká tvrdosť

Karbid kremíka je známy svojou mimoriadnou pružnosťou a odolnosťou voči teplotným šokom, čo znamená, že náhle zmeny teploty ho neprasknú a nevedú k náhlym zlomom alebo prasklinám. Vďaka tomu je karbid kremíka vynikajúcou voľbou materiálu pre zariadenia vyžadujúce vysokú odolnosť proti poškodeniu, ako sú výkonové polovodiče; okrem toho sa môže pochváliť nižším odporom pri zapnutí a celkovým nábojom hradla, čo umožňuje vyššiu rýchlosť spínania s vyššou účinnosťou.

Karbid kremíka sa vyrába kombináciou kremíka a uhlíka a môže mať rôzne kryštalické štruktúry. Karbid kremíka alfa má najrozšírenejšie použitie, pretože jeho hexagonálna kryštálová štruktúra napodobňuje wurtzit. Modifikácia beta so svojou kryštálovou štruktúrou zinku blende môže byť menej rozšírená, ale stále má niekoľko aplikácií.

Substráty z karbidu kremíka sú potrebné na výrobu mnohých zložitých polovodičových zariadení a musia byť vhodne pripravené, aby umožňovali epitaxný rast s vysokou úrovňou presnosti a konzistencie. Na splnenie tejto úlohy sa na epitaxný rast používa leštiaca suspenzia na báze diamantu a leštiaca podložka, ktorá zodpovedá špecifickým nástrojom inštalovaným v zariadeniach zákazníkov.

Vysoká odolnosť voči tepelným šokom

Karbid kremíka ponúka výnimočnú odolnosť voči tepelným šokom vďaka svojej vynikajúcej tepelnej vodivosti a nízkej rozťažnosti, vďaka čomu je vhodný na odolávanie teplotám, ktoré dosahujú extrémne vysoké teploty bez straty pevnosti. Vďaka svojim vlastnostiam sú vhodné na použitie ako podpery pre zásobníky plátkov alebo lopatky v elektrických peciach a sú dokonca odolné voči kyselinám alebo roztaveným soliam.

Karbid kremíka je čoraz obľúbenejším materiálom pre brúsne nástroje, ako sú rezné kotúče a brúsne kotúče, vďaka svojej odolnosti voči korózii, abrázii a erózii. Zlievarne používajú tégliky z karbidu kremíka na tavenie kovov v zlievarňach; jeho fyzikálne vlastnosti, ako aj výnimočné elektronické vlastnosti z neho robia vhodného kandidáta pre energetické zariadenia.

Pri nákupe kremíkových karbidových doštičiek je veľmi dôležité posúdiť ich kryštálovú morfológiu a hustotu defektov, pretože to ovplyvňuje výkon zariadenia. Okrem toho by sa nemal zanedbať výber účinného procesu dopovania pre požadované elektrické vlastnosti.