Siliziumkarbid ist ein Halbleitermaterial, dessen Eigenschaften zwischen denen von Metallen und denen von Isolatoren liegen. Letzteres h\u00e4ngt von Faktoren wie der Temperatur und den in seiner Kristallstruktur vorhandenen Verunreinigungen ab; was Ersteres betrifft, so h\u00e4ngen auch die elektrischen Eigenschaften von diesen Variablen ab.<\/p>\n
Edward Goodrich Acheson stellte SiC erstmals im Jahr 1891 her, als er versuchte, k\u00fcnstliche Diamanten herzustellen, indem er mit Hilfe eines Kohlenstoffstabs elektrischen Strom durch Ton leitete. Das dabei entstandene Material nannte er \u201eCarborundum\u201c.<\/p>\n
Siliziumkarbid (SiC) ist ein \u00e4u\u00dferst widerstandsf\u00e4higer Halbleiterwerkstoff mit hervorragenden elektrischen Leitf\u00e4higkeitseigenschaften. Da SiC selbst bei h\u00f6heren Temperaturen als Silizium h\u00f6here Spannungen und Str\u00f6me bew\u00e4ltigen kann, eignet es sich ideal f\u00fcr Anwendungen wie beispielsweise die Leistungselektronik. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht seine gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccke im Vergleich zu anderen Halbleiterwerkstoffen die Leitung bei h\u00f6heren Frequenzen bei geringerem Widerstand.<\/p>\n
Die elektrischen Eigenschaften von SiC h\u00e4ngen von seinen Bestandteilen und dem Herstellungsprozess ab, wobei verschiedene Zus\u00e4tze den elektrischen spezifischen Widerstand erheblich beeinflussen, je nachdem, wie sie in die Zusammensetzung eingebracht wurden. Oxide und Nitride werden beispielsweise als Zweiphasen-Zus\u00e4tze klassifiziert, w\u00e4hrend Verunreinigungen wie Phosphor oder Stickstoff als Donor- oder Akzeptorverunreinigungen wirken k\u00f6nnen, die den elektrischen spezifischen Widerstand erh\u00f6hen.<\/p>\n
Siliziumkarbid unterscheidet sich von anderen Halbleitern dadurch, dass es in seinem unver\u00e4nderten Zustand als elektrischer Isolator wirkt. Durch Dotierung kann es jedoch in einen elektrisch leitenden Zustand \u00fcberf\u00fchrt werden, indem bestimmte Verunreinigungen, sogenannte Dotiermittel, hinzugef\u00fcgt werden \u2013 beispielsweise Aluminium, Bor und Gallium f\u00fcr p-Typ-Halbleiteranwendungen oder Stickstoff und Phosphor f\u00fcr n-Typ-Anwendungen.<\/p>\n
Silizium ist derzeit der vorherrschende Halbleiter, doch seine Eignung f\u00fcr Hochleistungselektronik wird zunehmend in Frage gestellt. Siliziumkarbid bietet eine energieeffizientere Methode der Stromleitung, da es h\u00f6here Temperaturen und Spannungen effektiver bew\u00e4ltigen kann als Silizium. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht seine gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccke h\u00f6here Geschwindigkeiten, was zur Verkleinerung der Bauelemente beitr\u00e4gt.<\/p>\n
Silizium verf\u00fcgt \u00fcber eine gro\u00dfe Bandl\u00fccke, was bedeutet, dass es durch Verringerung seines Drift-Schicht-Widerstands zu einem besseren Leiter gemacht werden kann. Dies f\u00fchrt zu Stromverlusten beim Ausschalten, was wiederum k\u00fcrzere Schaltzeiten und geringere Verluste in leistungselektronischen Bauelementen zur Folge hat.<\/p>\n
Siliziumkarbid kommt in Moissanit-Edelsteinen in nat\u00fcrlicher Form vor; bei der Herstellung von Siliziumkarbid kommt jedoch in der Regel ein aufwendiges Verfahren zum Einsatz, das 1891 von Edward G. Acheson erfunden wurde. Dabei wird reiner Quarzsand (SiO\u2082) mit gemahlenem Petrolkoks in einem elektrischen Widerstandsofen vermischt und auf hohe Temperaturen erhitzt, um eine chemische Reaktion auszul\u00f6sen, bei der Siliziumkarbid entsteht; heute ist dieses Verfahren die g\u00e4ngige Methode zur Herstellung von Schleifmitteln in Industriequalit\u00e4t, metallurgischen Werkstoffen und feuerfesten Materialien.<\/p>\n
Leitf\u00e4higkeit findet sich \u00fcberall \u2013 von Metallen wie Silber \u00fcber Kunststoffe wie Gummi und Gummi-Gummi-Verbundwerkstoffe, Gummi und trockenes Holz bis hin zu Diamanten \u2013, doch ihr charakteristisches Merkmal bleibt die Bewegung von Elektronen. Halbleiter nutzen ihre \u00e4u\u00dferen Orbitalelektronen f\u00fcr die Leitf\u00e4higkeit. Siliziumkarbid weist dank einer atomaren Struktur, die keinen Widerstand f\u00fcr seine Valenzelektronen bietet und diesen Elektronenfluss somit nicht behindert, eine au\u00dfergew\u00f6hnlich hohe elektrische Leitf\u00e4higkeit auf; folglich bietet es eine extrem hohe elektrische Leitf\u00e4higkeit.<\/p>\n
Siliziumkarbid (SiC) ist eine \u00e4u\u00dferst robuste chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Silizium mit einer hexagonalen Kristallstruktur und den Eigenschaften eines Halbleiters mit gro\u00dfer Bandl\u00fccke, die bei 3,26 eV liegt \u2013 im Vergleich zu 1,67 eV bei Silizium. Daher ist SiC ein au\u00dfergew\u00f6hnlich guter elektrischer Leiter und eignet sich somit hervorragend f\u00fcr die Strom\u00fcbertragung.<\/p>\n
Die Best\u00e4ndigkeit von Siliziumkarbid gegen\u00fcber hohen Temperaturen und geringer Strahlung sowie seine Eignung f\u00fcr den Einsatz in Weltraumumgebungen machen es zu einem attraktiven Werkstoff f\u00fcr verschiedene Anwendungsbereiche. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glichen seine isolierenden Eigenschaften eine Verringerung sowohl der Gr\u00f6\u00dfe als auch des Gewichts elektronischer Ger\u00e4te bei gleichzeitiger Steigerung der Zuverl\u00e4ssigkeit.<\/p>\n
Die hervorragende elektrische Leitf\u00e4higkeit von Siliziumkarbid sch\u00fctzt Bauteile vor \u00e4u\u00dferen Einfl\u00fcssen, steigert den Wirkungsgrad und bewahrt sie gleichzeitig vor Sch\u00e4den durch \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse. Dar\u00fcber hinaus eignet es sich aufgrund seiner hohen Spannungsfestigkeit hervorragend f\u00fcr Anwendungen in der Energie\u00fcbertragung, wie beispielsweise bei Freileitungen.<\/p>\n
Siliziumkarbid kann zu verschiedenen Polytopen mit unterschiedlichen Eigenschaften verarbeitet werden. Drei dieser Polymorphe \u2013 3C-SiC, 4H-SiC und 6H-SiC \u2013 werden aufgrund ihrer hervorragenden Elektronenbeweglichkeit und Temperaturbest\u00e4ndigkeit h\u00e4ufig in elektronischen Anwendungen eingesetzt; 4H-SiC weist eine kubische Kristallstruktur auf, w\u00e4hrend 3C-SiC eine tetraedrische Kristallstruktur aufweist.<\/p>\n
SiC-Polytypen weisen \u00e4hnliche innere Mikrostrukturen auf, doch sind ihre Atome unterschiedlich angeordnet \u2013 was zu unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften f\u00fchrt. Dieser Unterschied ergibt sich aus den unterschiedlichen Koordinationsverh\u00e4ltnissen der Kohlenstoff- und Siliziumatome innerhalb eines Kristallgitters; dieses Ph\u00e4nomen wird als Polytypismus bezeichnet (weitere Informationen zur Kristallographie und zum Polytypismus von SiC finden Sie bei Powell et al. 1993).<\/p>\n
Die elektrische Leitf\u00e4higkeit von Siliziumkarbid variiert direkt mit der L\u00e4nge und ist umgekehrt proportional zur Querschnittsfl\u00e4che; sie wird in Siemens pro Meter (S\/m) gemessen. Um die Leitf\u00e4higkeit einer beliebigen Probe zu berechnen, ben\u00f6tigen Sie Messwerte f\u00fcr Spannung, Strom und L\u00e4nge sowie das Ohmsche Gesetz als Richtschnur: VIR = IjR = IR\/R und S\/I<\/p>\n
Siliziumkarbid, besser bekannt als Carborundum, ist eine nicht-oxidische Keramik mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften, die sie f\u00fcr industrielle Anwendungen geeignet machen, bei denen eine hohe Hitzebest\u00e4ndigkeit und Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit erforderlich sind. Aufgrund seiner au\u00dfergew\u00f6hnlichen Festigkeit, H\u00e4rte, thermischen Stabilit\u00e4t und Verschlei\u00dffestigkeit wird es seit langem in Produkten wie Schleifk\u00f6rnern, verschlei\u00dffesten Bauteilen, feuerfesten Materialien und Keramiken eingesetzt; dar\u00fcber hinaus bietet es zahlreiche Vorteile gegen\u00fcber Siliziumhalbleitern, darunter eine h\u00f6here Durchbruchspannung und eine \u00fcberlegene W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit.<\/p>\n
SiC wird durch seine chemische Zusammensetzung definiert, die seine elektrischen und thermischen Eigenschaften beeinflusst. Zun\u00e4chst verh\u00e4lt sich SiC wie ein elektrischer Isolator; durch sorgf\u00e4ltiges Dotieren (das kontrollierte Einbringen von Verunreinigungen) l\u00e4sst sich jedoch seine Halbleitf\u00e4higkeit freisetzen. Das Dotieren wird bei der Halbleiterherstellung h\u00e4ufig eingesetzt, da es die Bildung freier Ladungstr\u00e4ger (Elektronen oder L\u00f6cher) erm\u00f6glicht, die die Leitf\u00e4higkeit des Materials erh\u00f6hen.<\/p>\n
Siliziumkarbid in seiner reinen Form hat eine Dichte von etwa 3 kg\/cm\u00b3. Sein spezifischer W\u00e4rmekoeffizient von 750 J\/kg*K zeigt, dass zur Erh\u00f6hung der Temperatur um ein Kelvin eine betr\u00e4chtliche Energiemenge erforderlich ist; daher eignet sich SiC hervorragend f\u00fcr den Einsatz in Umgebungen, in denen thermische Stabilit\u00e4t gefragt ist.<\/p>\n
Die besondere Gitterstruktur von Siliziumkarbid besteht aus kovalenten Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen in Tetraederanordnung und Siliziumatomen, wodurch ein dicht gepacktes Gitter entsteht. Diese dichte Packung verleiht dem Material au\u00dfergew\u00f6hnliche Festigkeit, H\u00e4rte, geringe Sinterschrumpfung, Inertheit und geringe W\u00e4rmeausdehnung; zudem wird die Oxidationsbest\u00e4ndigkeit durch hohe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und h\u00f6here Ordnungszahlen weiter verbessert.<\/p>\n
Das Sintern von Siliziumkarbid erfolgt nach einem \u00e4hnlichen Verfahren wie bei Wolframkarbid: Dabei werden Kohlenstoff- und Stickstoffgase in einem Ofen kombiniert, um das Material sowohl von unten als auch von oben zu erhitzen. So entsteht ein metastabiles Gemisch aus Karbid und Siliziumdioxid, das anschlie\u00dfend unter Druck gesetzt und schnell abgek\u00fchlt wird, bevor es zum Endprodukt wird. Littelfuse stellt Siliziumkarbid-Chips f\u00fcr den Einsatz in verschiedenen elektronischen Ger\u00e4ten her, die von der \u00fcberragenden Durchbruchspannung, dem geringeren Widerstand pro Fl\u00e4cheneinheit und der h\u00f6heren Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber hohen Temperaturen und Spannungen profitieren.<\/p>\n
Siliziumkarbid (oft mit \u201cSiC\u201d abgek\u00fcrzt) ist eine synthetisch hergestellte kristalline Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff mit der chemischen Formel SiC. Als Keramik- und Halbleiterwerkstoff eignet sich SiC aufgrund seiner Eigenschaften f\u00fcr Anwendungen mit hohen Spannungen und Temperaturen, wie beispielsweise Schleifscheiben und Schneidwerkzeuge, die eine hohe Abrasivit\u00e4t erfordern; seine Verschlei\u00dffestigkeit macht es zudem unverzichtbar in industriellen Bereichen wie Ofenauskleidungen, Verschlei\u00dfteilen in Pumpen und Raketentriebwerken sowie als Halbleitersubstrate f\u00fcr Leuchtdioden (LEDs).<\/p>\n
Edward G. Achesons Entdeckung des Moissanits, eines \u00e4u\u00dferst seltenen nat\u00fcrlichen Minerals, im Jahr 1893 war der Ansto\u00df f\u00fcr ein modernes Verfahren zur Herstellung von Siliziumkarbid, das in Schleifmitteln, in der Metallurgie und bei feuerfesten Anwendungen zum Einsatz kommt. Acheson entwickelte ein Verfahren zur Synthese dieses Materials, bei dem Quarzsand in einem Elektroofen mit Kohlenstoff reduziert wurde; dies wurde zum wegweisenden Beispiel f\u00fcr die Methode, die sich seitdem als vorherrschend etabliert hat.<\/p>\n
Bei der Herstellung von SiC wird reiner Quarzsand mit Kohlenstoff in Form von Koks in einem elektrischen Widerstandsofen vermischt und ein elektrischer Strom durch den Leiter geleitet, um eine chemische Reaktion zwischen dem Kohlenstoff im Koks und dem Silizium im Sand auszul\u00f6sen, wodurch SiC entsteht. Der gesamte Prozess kann bis zu mehreren Tagen dauern, wird jedoch in der Regel kontinuierlich bei einer Temperatur von 2.700 \u00b0C durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von Siliziumkarbid wird sowohl durch seine Gitterstruktur als auch durch die Elektronenkonzentration bestimmt. Verbesserungen lassen sich durch die Zugabe von Bor erzielen, das die Gitterenergie senkt, sowie durch Dotierung mit n- oder p-Typ-Dotierungsstoffen, um die Leitf\u00e4higkeit zu ver\u00e4ndern.<\/p>\n
SiC weist selbst bei sehr hohen Temperaturen hervorragende elektrische Eigenschaften auf, darunter eine h\u00f6here Spannungsfestigkeit als herk\u00f6mmliches Silizium und eine im Vergleich zu Galliumnitrid \u00fcberlegene Leistung in Systemen, die Hochspannungskomponenten erfordern. Daher eignet sich SiC ideal f\u00fcr den Einsatz in Elektrofahrzeugen, bei denen hohe Spannungsanforderungen erf\u00fcllt werden m\u00fcssen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is a semiconductor material with properties between metals and insulators. The latter depends on factors like temperature and impurities present within its crystal structure; as for the former, electrical properties depend on these variables as well. Edward Goodrich Acheson first created SiC in 1891 while trying to produce artificial diamonds using an electric […]<\/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-506","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/506","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=506"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/506\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":507,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/506\/revisions\/507"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=506"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=506"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=506"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}