Силициевият карбид е двигател на революцията в силовата електроника

SiC има широка лента на пропускане, която позволява на захранващите системи да работят при по-високи температури, напрежения и честоти, без да се налагат допълнителни разходи за заводска документация, което води до по-ниски общи разходи и по-ефективни и по-малки устройства.

До 1929 г., когато е разработен борният карбид, силициевият карбид е най-твърдият известен синтетичен материал с твърдост по скалата на Моос 9 и дори може да се сравнява с диаманта.

Физични свойства

Забележителните физични и електрически свойства на силициевия карбид предизвикват безпрецедентна революция в силовата електроника. Като полупроводник с широка разделителна ивица, той предоставя възможности за по-малки, по-бързи и по-надеждни електронни устройства, които могат да работят при по-високи температури, напрежения и честоти от силициевите си аналози.

Соларните системи разчитат до голяма степен на отразяването, за да постигнат своята висока дълготрайност, която им е необходима, за да работят непрекъснато в продължение на години. Отразяващата способност намира приложение и като структурен материал в бронежилетки и композитни брони, както и в автомобилни части (спирачни дискове), мълниеприемници, абразиви и огледални материали за обсерватории.

Силициевият карбид, открит за първи път като минерала моисанит през 1893 г. по време на експлозията на метеорита Каньон Диабло в Аризона, е синтезиран за първи път в малък мащаб от Едуард Гудрич Ачесън през 1891 г., а по-късно от Анри Моисан с помощта на различни техники. Днес той се произвежда чрез топене на кварцов пясък с източници на въглерод, например въглища, в гранитни тигли при висока температура до образуване на кристали, които след това могат да се отлагат върху графитни пръчки при по-ниски температури, за да се получи чист силициев карбид, който остава безцветен, но кафявите или черните промишлени версии съдържат железни примеси, като същевременно може да бъде легиран с азот или фосфор за създаване на полупроводник от n-тип или с алуминий, бор или галий за полупроводникови свойства от p-тип.

Химични свойства

Силициевият карбид (SiC) се произвежда синтетично от края на XIX век и се използва широко като абразивен материал в шкурка и шлифовъчни дискове. Напоследък обаче SiC се използва отново като основен технологичен материал поради изключителните си термични и електрически свойства.

SiC, съставен от силициеви и въглеродни атоми, свързани в хексагонална кристална решетка, предлага силни физични характеристики: ниско термично разширение, устойчивост на термичен шок и полупроводникови свойства с широк диапазон на пропускане, които позволяват на електроните да се движат по-лесно между атомите му, отколкото при силиция, което го прави превъзходен материал за електронни приложения.

SiC е неразтворим във вода и алкохол, като същевременно е разтворим в разтопени основи и разтопени соли; устойчивостта му на окисление при високи температури го прави негорим и токсичен без дим; продължителната експозиция обаче може да доведе до прогресивно разширяване на белите дробове, което да причини прогресивна фиброза на белите дробове, водеща до прогресивна фиброза на белите дробове, водеща до прогресивно разширяване на белите дробове; включен е в списъка на IARC като възможен канцероген за човека.

Механични свойства

Силициевият карбид е един от най-леките и най-твърдите материали, познати досега. Той издържа на абразия, ерозия и корозия за оптимална употреба в химически заводи, мелници, разширители и дюзи.

Този материал е изключително твърд, твърд, с ниско термично разширение и запазва здравината си при температури до 1400 градуса по Целзий. Освен това той се отличава сред съвременните керамични материали с висока устойчивост на киселини и основи.

Настоящите приложения на силициевия карбид за използване в силовата електроника варират в широк диапазон и спомагат за ускоряване на декарбонизацията чрез подобряване на ефективността на електрическите двигатели, като по този начин се увеличават разстоянията на шофиране и същевременно се намаляват размерите и теглото на системите за управление на батериите. Силициевият карбид Sic предлага също така изключително качество, надеждност и ефективност, което прави използването му привлекателна алтернатива на метали като никела.

Електрически свойства

Силициевият карбид е намерил широко приложение в силовите електронни приложения и като заместител на традиционните силициеви устройства благодарение на бързите времена на превключване и възможностите за по-високо блокиращо напрежение, както и на широката лента на пропускане, която позволява на електронните вериги да работят по-бързо при по-високи температури, като същевременно остават по-надеждни от силициевите си аналози.

Електрическите свойства на силициевия карбид могат да се променят чрез допиране с примеси. Допантите обикновено запълват свободните места в решетката в девствената му кристална структура; техните енергии на активиране варират в зависимост от политипа.

В резултат на уникалното атомно разположение на силициевите и въглеродните атоми в кристалната му структура всеки политип SiC демонстрира различни полупроводникови характеристики. Както се вижда от следната таблица, съдържаща някои от основните електрически свойства за 3C, 4H и 6H SiC при стайна температура; те силно зависят от кристалографската посока на протичане на тока, както и от приложените електрически полета (т.е. неизотропни).