Silisyum karbürün geçmiş ömrünü anlayın!

Silisyum karbür (SiC), hammadde olarak kuvars kumu, petrol koku (veya kömür kok) ve ağaç talaşları kullanılarak dirençli bir fırında yüksek sıcaklıkta eritilir. Silisyum karbür ayrıca doğada nadir bir mineral olan mozanit olarak da bulunur. Silisyum karbür ayrıca mozanit olarak da adlandırılır. C, N ve B gibi günümüzün oksitsiz yüksek teknolojili refrakter hammaddeleri arasında silisyum karbür en yaygın kullanılan ve ekonomik olanıdır. Zımpara kumu veya refrakter kum olarak adlandırılabilir.

1. Silisyum karbürün geçmişi ve bugünkü yaşamı
Kararlı kimyasal özellikleri, yüksek termal iletkenliği, küçük termal genleşme katsayısı ve iyi aşınma direnci nedeniyle silisyum karbür, aşındırıcı olarak kullanılmanın yanı sıra silisyum karbür tozunun özel bir işlemle kaplanması gibi başka birçok kullanım alanına sahiptir. türbin pervanesi veya silindir bloğu, aşınma direncini artırabilir ve servis ömrünü 1 ila 2 kat uzatabilir; Ondan yapılan gelişmiş refrakter malzeme, termal şoka dayanıklı, küçük boyutlu, hafif, yüksek mukavemetli ve iyi bir enerji tasarrufu etkisine sahiptir. Düşük dereceli silisyum karbür (yaklaşık %85 ​​SiC içerir) mükemmel bir oksit gidericidir. Çelik üretimini hızlandırabilir, kimyasal bileşimin kontrolünü kolaylaştırabilir ve çeliğin kalitesini artırabilir. Ayrıca silisyum karbür, elektrikli ısıtma elemanları için silisyum karbür çubukların üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Silisyum karbür, 9,5 Mohs sertliğiyle çok serttir ve dünyanın en sert elmasından (seviye 10) sonra ikinci sıradadır. Mükemmel ısı iletkenliğine sahiptir, yarı iletkendir ve yüksek sıcaklıklarda oksidasyona karşı direnç gösterebilir.

2. Silisyum karbür cihazların avantajlı özellikleri
Silisyum karbür (SiC) şu anda en gelişmiş geniş bant aralıklı yarı iletken malzemedir. Dünyanın dört bir yanındaki ülkeler SiC araştırmalarına büyük önem veriyor ve aktif gelişime çok fazla insan gücü ve malzeme kaynağı yatırıyor. Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa, Japonya vb. sadece ulusal düzeyde ilgili araştırma planları formüle etmekle kalmadı ve bazı uluslararası elektronik devleri de silisyum karbür yarı iletken cihazların geliştirilmesine büyük yatırımlar yaptı.
Sıradan silikonla karşılaştırıldığında silisyum karbür kullanılan bileşenler aşağıdaki özelliklere sahiptir:

Yüksek voltaj özellikleri:
Silisyum karbür cihazlar, eşdeğer silikon cihazların voltaj direncinin 10 katıdır.
Silisyum karbür Schottky tüplerinin voltaj direnci 2400V'a ulaşabilir.
Silisyum karbür alan etkili tüpler onbinlerce voltluk gerilimlere dayanabilir ve durum dirençleri çok büyük değildir.

Yüksek frekans özellikleri:

Yüksek sıcaklık özellikleri:
Si malzemelerinin teorik performans sınırına yaklaştığı günümüzde, SiC güç cihazları her zaman "ideal cihazlar" olarak kabul edilmiş ve yüksek dayanım gerilimi, düşük kayıp, yüksek verimlilik ve diğer özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, önceki Si malzemeli cihazlarla karşılaştırıldığında, SiC güç cihazlarının performansı ve maliyeti ile bunların yüksek teknolojiye olan talebi arasındaki denge, SiC güç cihazlarının gerçekten popüler olup olamayacağının anahtarı olacaktır.

Günümüzde düşük güçlü silisyum karbür cihazlar laboratuvardan pratik cihaz üretim aşamasına girmiştir. Şu anda silisyum karbür levhaların fiyatı hala nispeten yüksektir ve ayrıca birçok kusurları vardır. Sürekli araştırma ve geliştirme sayesinde silisyum karbür cihazların 2010 yılı civarında güç cihazları pazarına hakim olması bekleniyor. Ancak durum böyle değil.

3. Silisyum karbür cihazların mevcut gelişme durumu nedir?
1. Teknik parametreler: Örneğin, Schottky diyot voltajı 250 volttan 1,000 voltun üzerine çıkar, çip alanı daha küçüktür, ancak akım yalnızca birkaç on amperdir. Çalışma sıcaklığı 600 derecenin çok uzağında olan 180 dereceye çıkarıldı. Gerilim düşüşü daha da yetersizdir, silikon malzemeden hiçbir farkı yoktur ve yüksek ileri gerilim düşüşünün 2V'a ulaşması gerekir.
2. Piyasa fiyatı: silikon malzeme imalatının yaklaşık 5 ila 6 katı.

4. Silisyum karbürün geliştirilmesindeki zorluklar nelerdir (SiC) cihazlar?Silisyum karbür cihazların geliştirilmesindeki sorun, çipin prensip tasarımında, özellikle çip yapısının tasarımında değildir. Bunu çözmek zor değil. Zorluk, çip yapısının üretim sürecinin gerçekleştirilmesinde yatmaktadır. Örnekler aşağıdaki gibidir: 1. Silisyum karbür levhaların mikropipe kusur yoğunluğu. 2. Epitaksiyel proses verimliliği düşüktür. 3. Doping işleminin özel gereksinimleri vardır.

4. Ohmik kontak üretimi. 5. Destekleyici malzemelerin sıcaklık direnci.

Yukarıdakiler sadece birkaç örnektir, hepsi değil. Silisyum karbür yarı iletken yüzey kanal açma işlemi, terminal pasifleştirme işlemi ve geçit oksit katmanının arayüz durumunun silisyum karbür MOSFET cihazlarının uzun vadeli stabilitesi üzerindeki etkisi gibi ideal çözümü olmayan birçok işlem problemi hala mevcuttur. Sektör henüz bir fikir birliğine varabildi mi? Tutarlı sonuçlar vb. silisyum karbür güç cihazlarının hızlı gelişimini büyük ölçüde engellemiştir.

5. Silisyum karbürün ana uygulama alanlarının geliştirilmesine genel bakış

Şu anda üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, temiz enerjide ve yeni nesil elektronik bilgi teknolojisinde bir devrime neden oluyor. Aydınlatma, ev aletleri, tüketici elektroniği ekipmanları, yeni enerji araçları, akıllı şebekeler veya askeri malzemeler olsun, bu yüksek performanslı yarı iletkenler büyük talep görüyor. Üçüncü nesil yarı iletkenlerin gelişimine göre, ana uygulamaları yarı iletken aydınlatma, güç elektroniği cihazları, lazerler ve dedektörler ve diğer dört alandır.
1. Yarı iletken aydınlatma
Dört uygulama alanı arasında yarı iletken aydınlatma sektörü en hızlı gelişmiş ve on milyarlarca dolarlık bir endüstri ölçeği oluşturmuştur.
2. Güç elektroniği cihazları
Güç elektroniği alanında geniş bant aralıklı yarı iletkenlerin uygulaması yeni başlamıştır ve pazar büyüklüğü yalnızca birkaç yüz milyon ABD dolarıdır. Uygulaması esas olarak askeri ileri teknoloji ekipmanlar alanında yoğunlaşmıştır ve giderek sivil alana doğru genişlemektedir.
3. Lazerler ve dedektörler
Lazer ve dedektör uygulamaları alanında, GaN tabanlı lazerler geniş bir spektrum aralığını kapsayabilmekte ve mavi, yeşil ve ultraviyole lazerlerin üretimini ve ultraviyole tespitini gerçekleştirebilmektedir.
4. Diğer uygulamalar
Son teknoloji araştırma alanında, geniş bant aralıklı yarı iletkenler güneş pillerinde, biyosensörlerde, su bazlı hidrojen üretim ortamlarında ve diğer yeni ortaya çıkan uygulamalarda kullanılabilir. Şu anda bu sıcak alanlar halen laboratuvar araştırma ve geliştirme aşamasındadır.