Siliciumcarbid (SiC) er en krystallinsk forbindelse af silicium og kulstof, som siden det 19. \u00e5rhundrede er blevet brugt til s\u00e5 forskellige form\u00e5l som sandpapir, slibeskiver, sk\u00e6rev\u00e6rkt\u00f8jer og endda foringer til industriovne. Derudover kan SiC ogs\u00e5 fungere som slidst\u00e6rke dele i pumper og raketmotorer.<\/p>\n
SiC kan fungere b\u00e5de som isolator og halvleder afh\u00e6ngigt af, hvordan krystalstrukturen er blevet \u00e6ndret ved at tilf\u00f8je urenheder til krystalstrukturen; denne proces er kendt som doping.<\/p>\n
Siliciumcarbid er et keramisk materiale med egenskaber, der g\u00f8r det til b\u00e5de en elektrisk isolator og en halvleder, afh\u00e6ngigt af hvordan urenhederne eller dopingstofferne tils\u00e6ttes. Siliciumcarbids alsidige natur g\u00f8r det til et uvurderligt industrielt v\u00e6rkt\u00f8j, der bruges inden for mange forskellige anvendelsesomr\u00e5der.<\/p>\n
Energiintensive anvendelser, der skal fungere ved h\u00f8je temperaturer, som f.eks. turbiner og varmesystemer, nyder godt af dets overlegne varmeledningsevne. Desuden g\u00f8r dets fysiske robusthed og h\u00e5rdhed det velegnet til brug i sk\u00e6rev\u00e6rkt\u00f8jer som f.eks. slibeskiver. Desuden g\u00f8r det brede b\u00e5ndgab det muligt at h\u00e5ndtere h\u00f8jere sp\u00e6ndinger og frekvenser end traditionelle siliciumbaserede enheder.<\/p>\n
Denne opfindelse vedr\u00f8rer sintrede keramiske materialer af siliciumcarbid med ekstremt h\u00f8j elektrisk resistivitet (op til ca. 108 ohm cm), der er fremstillet ved hj\u00e6lp af sintringsprocesser og anvendes som substrater til integrerede kredsl\u00f8b.<\/p>\n
For at n\u00e5 dette m\u00e5l brugte opfinderne en varmpresningsproces til at producere et legeme af sintret siliciumcarbid med submikron betafase siliciumcarbidpartikler j\u00e6vnt fordelt i en ikke-por\u00f8s matrix af nitrogen ved temperaturer t\u00e6t p\u00e5 2.000 grader C til produktion af sintret siliciumcarbid. Det resulterende materiale udviste h\u00f8j elektrisk resistivitet samt lav line\u00e6r udvidelseskoefficient svarende til silicium.<\/p>\n
Sintrede siliciumcarbidlegemer fremstillet ved trykl\u00f8s sintring har en elektrisk resistivitet, der er lavere end den, der er n\u00f8dvendig for substrater til integrerede kredsl\u00f8b, og en betydeligt lavere varmeledningsevne end deres modstykker, enkeltkrystal SiC-materialer.<\/p>\n
Opfinderne har opdaget, at sintret siliciumcarbid, der indeholder betydelige m\u00e6ngder bor, har en meget h\u00f8j elektrisk resistivitet. For at vurdere dette forhold mellem b\u00e6rerkoncentrationen n og den specifikke dielektriske konstant es udf\u00f8rte de flere eksperimentelle pr\u00f8ver, hvor BeO og andre element\u00e6re dopingstoffer fra Va og Vb-familierne med en ionvalens p\u00e5 +5 blev tilsat pulverformige partikelblandinger af siliciumcarbidpulver, f\u00f8r de blev sintret.<\/p>\n
Siliciumcarbid (SiC) er et af de h\u00e5rdeste materialer, der findes, og har et ekstraordin\u00e6rt h\u00f8jt Young's modul p\u00e5 over 400 GPa, hvilket g\u00f8r det i stand til at modst\u00e5 ekstreme tryk og temperaturer. SiC er ogs\u00e5 et af de letteste og mest isolerende keramiske materialer, der kan modst\u00e5 korrosion, slid og erosion samt friktionsslid, samtidig med at det har en fremragende varmeledningsevne og lav varmeudvidelse, n\u00e5r det bruges som elektrisk isoleringsmateriale.<\/p>\n
Siliciumcarbid er en krystal med kovalente bindinger, og dens enkeltkrystal har en relativt stor varmeledningsevne, mens dette tal i sintret tilstand falder p\u00e5 grund af fononspredning ved krystalkorngr\u00e6nser, hvilket skaber udt\u00f8mningslag af b\u00e6rere inden for hvert krystalkorn p\u00e5 begge sider af hver gr\u00e6nse og dermed h\u00e6mmer varmestr\u00f8mmen.<\/p>\n
Den foreliggende opfindelse g\u00e5r ud p\u00e5 at skabe en siliciumcarbid-isolator med forbedrede egenskaber ved at kombinere p-type halvledermateriale med et sintret legeme af SiC. Isolatoren omfatter siliciumcarbid som sin prim\u00e6re bestanddel og et element, der giver elektrisk isolerende egenskaber (BN eller Be), s\u00e5som at \u00f8ge b\u00e6rerkoncentrationen med 5\u00d71017 cm-3 eller mindre p\u00e5 hver side af korngr\u00e6nsen i sin sintrede tilstand, hvilket giver h\u00f8je elektriske isoleringsegenskaber.<\/p>\n
Doping af siliciumcarbid med aluminium, bor eller gallium resulterer i halvledermaterialer af p-typen, som har halvledende egenskaber. Isolatorer, der indeholder denne p-type siliciumcarbid, har lav elektrisk resistivitet og h\u00f8j varmeledningsevne for at opn\u00e5 maksimal effekt.<\/p>\n
Den nuv\u00e6rende opfindelse involverer en isolator, som kan bruges til at underst\u00f8tte halvlederelementer, s\u00e5som en modstand, sputtering target eller tyndfilmsmodstand. Ikke alene har den fremragende elektriske og termiske egenskaber, men den kan ogs\u00e5 prale af en ekstremt lav dielektrisk konstantv\u00e6rdi. Desuden giver den smalle hals mulighed for h\u00f8j str\u00f8mt\u00e6thed uden at overskride substratmaterialets termiske begr\u00e6nsninger.<\/p>\n
Siliciumcarbid (SiC) er et enest\u00e5ende materiale med fremragende termiske egenskaber. Med en lav termisk udvidelseskoefficient og modstandsdygtighed over for revnedannelse, n\u00e5r det uds\u00e6ttes for h\u00f8je temperaturer, kan SiC sprede varmen effektivt - en vigtig egenskab, n\u00e5r det anvendes i applikationer, der kr\u00e6ver h\u00f8j termisk effektivitet. Desuden har SiC en stor specifik varmekapacitet, s\u00e5 det kan absorbere store m\u00e6ngder energi, f\u00f8r det begynder sin ekspansionsproces.<\/p>\n
Siliciumkarbidens varmeudvidelse afh\u00e6nger af temperaturen og krystalstrukturen, hvilket kan p\u00e5virke dens ydeevne og holdbarhed. For at sikre, at siliciumcarbidkomponenter kan fungere p\u00e5lideligt selv under ugunstige milj\u00f8forhold, er det vigtigt, at vi forst\u00e5r dens temperaturafh\u00e6ngighed.<\/p>\n
Sammens\u00e6tningen kan ogs\u00e5 have en effekt p\u00e5 siliciumkarbidens varmeudvidelse; berylliumoxid (BeO) hj\u00e6lper med at undertrykke spredning af fononer ved korngr\u00e6nser, hvilket f\u00f8rer til lavere varmeudvidelse sammenlignet med rent silicium og f\u00f8rer til lavere varmeudvidelseskoefficienter (CTE) end ved drift under h\u00f8j mekanisk belastning. Denne faktor er is\u00e6r vigtig for h\u00f8jeffekt-halvlederenheder, som oplever stor mekanisk belastning under drift.<\/p>\n
Det korrosions- og slidbestandige materiale g\u00f8r det til et fremragende byggemateriale, ideelt til kemiske anl\u00e6g og m\u00f8ller med temperaturer p\u00e5 op til 1.400 grader Celsius, ligesom dets h\u00f8je Young-modul p\u00e5 400 GPa g\u00f8r det velegnet til h\u00f8jtryksovne.<\/p>\n
Naturlig moissanit forekommer kun i sporm\u00e6ngder i visse typer meteoritter og korundaflejringer, men det meste moissanit, der s\u00e6lges som \u00e6delsten eller bruges til at forst\u00e6rke metaller, er syntetisk fremstillet ved hj\u00e6lp af metoder som dampaflejring af siliciumkulstof, sintring af siliciumholdige polymerfibre eller br\u00e6nding af siliciumholdige ildfaste bel\u00e6gninger.<\/p>\n
For at forbedre bearbejdeligheden og tr\u00e6kstyrken blev der for nylig skabt en ny formulering af SiC, der indeholder mindre berylliumoxid end traditionelle SiC-produkter; mindre sk\u00f8r; har lavere termisk udvidelseskoefficient; kan bruges i enheder med h\u00f8jere effekt; billigere at producere end ren siliciumcarbid;<\/p>\n
Siliciumcarbid er et af de h\u00e5rdeste og letteste keramiske materialer med fremragende korrosionsbestandighed over for syrer og baser, fremragende varmeledningsevne og lave varmeudvidelseskoefficienter - egenskaber, der g\u00f8r det velegnet til brug i h\u00f8jtemperaturmilj\u00f8er som f.eks. ovne til smeltet metal eller i den kemiske industri. Desuden hj\u00e6lper det h\u00f8je Young-modul (>400 GPa) med at modst\u00e5 b\u00f8jningssp\u00e6ndinger, som ellers ville \u00f8del\u00e6gge andre keramiske materialer.<\/p>\n
Silicium har et relativt smalt b\u00e5ndgab, der begr\u00e6nser temperatur- og elektriske feltvariationer, hvilket giver den fordel, der er n\u00f8dvendig for effektelektroniske anvendelser. Silicium, den mest anvendte halvleder, er ved at n\u00e5 sine gr\u00e6nser p\u00e5 grund af manglende b\u00e5ndgabsbredde og nedbrydningssp\u00e6nding; derfor er niobium en anden mulig l\u00f8sning, der kan overg\u00e5 silicium, n\u00e5r det anvendes ved h\u00f8jere temperaturer og elektriske felter.<\/p>\n
For at maksimere 4H-SiC's fulde potentiale skal der p\u00e5f\u00f8res h\u00f8j-k-dielektrikum p\u00e5 overfladen via silan-sputterm\u00e5l for at mindske gr\u00e6nsefladet\u00e6theden ved gr\u00e6nsefladen med siliciumcarbid og dielektriske materialer og forbedre enhedernes elektriske egenskaber.<\/p>\n
Flere unders\u00f8gelser har fokuseret p\u00e5 at udvikle h\u00f8j-k-dielektrika, der kan fungere p\u00e5 overfladen af 4H-SiC. HfO2 og Y2O3 har bevist deres v\u00e6rdi ved at forbedre den elektriske ydeevne ved at \u00f8ge det elektriske nedbrydningsfelt, men deres h\u00f8je gr\u00e6nsefladetilstand er stadig en hindring for fuld implementering i enheder.<\/p>\n
Stanford-forskere har udt\u00e6nkt en metode til at skabe h\u00f8jkvalitets siliciumcarbid-isolator i wafer-skala ved hj\u00e6lp af fotokemisk \u00e6tsning og kemisk mekanisk polering og derefter bruge mindre dopede enhedslag p\u00e5 et st\u00e6rkt dopet offerlag, f\u00f8r de bruger fotokemisk \u00e6tsning og kemisk mekanisk polering til at fjerne det ved hj\u00e6lp af fotokemisk \u00e6tsning og kemisk mekanisk polering og dermed uds\u00e6tte SiC og muligg\u00f8re h\u00f8jkvalitetsisolatorer, der er egnede til kvante- og ikke-line\u00e6re fotoniske anvendelser.<\/p>\n
Selv med denne sp\u00e6ndende udvikling er det stadig for tidligt at implementere h\u00f8j-k-dielektrikum i kommercielle enheder baseret p\u00e5 4H-SiC. Derfor er det n\u00f8dvendigt at udforske andre metoder til fremstilling af metal-isolator-halvleder-enheder p\u00e5 SiC, indtil dette m\u00e5l kan realiseres.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide (SiC) is a crystalline compound of silicon and carbon used since the 19th century in applications as varied as sandpaper, grinding wheels, cutting tools and even industrial furnace linings. Additionally, SiC can also serve as wear-resistant parts in pumps and rocket engines. SiC can act both as an insulator and semiconductor depending on […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-479","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=479"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":480,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions\/480"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=479"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=479"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/da\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=479"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}