El carburo de silicio es uno de los materiales cerámicos más ligeros, duros y termoconductores que existen en la actualidad. Mantiene su resistencia a altas temperaturas y es muy resistente a ácidos y lejías.
La moissanita natural es extremadamente rara, por lo que la mayor parte del SiC comercializado se produce sintéticamente. Se presenta en forma verde o de galleta para su fresado en formas complejas o sinterizada y aglomerada por reacción para aplicaciones de aglomeración sinterizada.
Conductividad térmica (k)
La excelente conductividad térmica del carburo de silicio le permite gestionar eficazmente el intenso calor generado por los componentes electrónicos de potencia, al tiempo que disipa el calentamiento Joule debido a la resistencia interna y las pérdidas por conducción. Además, su bajo coeficiente de expansión térmica y su dureza lo hacen especialmente adecuado para aplicaciones ópticas como los espejos de los telescopios astronómicos de gran escala.
El carburo de silicio (SiC) es un cristal fonónico que muestra una fuerte dependencia de la temperatura de su conductividad térmica (k). Los monocristales puros de SiC pueden alcanzar valores a temperatura ambiente superiores a 490 W m-1K-1; en las cerámicas policristalinas de carburo de silicio tiene valores mucho más bajos debido a las impurezas de la red y a los defectos estructurales en los límites de grano, y también en el SiC LPSed con aditivos que contienen Al, ya que esto permite que los átomos de Al se disuelvan en los granos de SiC y formen soluciones sólidas o fases secundarias con conductividad reducida.
Los cristales a granel de 3C-SiC a escala de oblea que se presentan en este estudio poseen valores de k isótropo superiores a 500 W m-1K-1, más de 50% por encima de los materiales de 6H-SiC y AlN disponibles en el mercado, y ocupan el segundo lugar entre los materiales de cristales grandes. Sus elevados valores de k en el plano pueden atribuirse a los cortos caminos libres medios de los fonones medidos mediante TDTR; su dependencia no monotónica de la temperatura corrobora aún más su fuerte dopaje.
Conductividad térmica (T)
El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico inorgánico formado por silicio y carbono. El SiC, que se encuentra de forma natural en el raro mineral moissanita, se fabrica industrialmente desde 1893, tanto en forma de polvo como de cristal único, para su uso como abrasivo y en aplicaciones de placas cerámicas para hornos de semiconductores de alta presión y temperatura, como soportes de bandejas de obleas, etc. Además, su pureza química, resistencia al ataque térmico y solidez a temperaturas más elevadas han propiciado su uso generalizado en dispositivos eléctricos como varistores (resistencias de temperatura variable/varistores/varistores/etc.).
El SiC destaca entre las cerámicas industriales como la alúmina, la circonia y el dióxido de titanio por su conductividad térmica relativamente alta. Cuando se mide a temperatura ambiente para el SiC monocristalino puro, se aproxima a algún punto entre el diamante y el cobre, ya que sus valores de conductividad térmica son mucho mayores que los del silicio.
El SiC suele denominarse cristal fonónico debido a sus característicos modos vibratorios. Con un camino libre medio bajo y fonones de longitud de onda corta, su conductividad térmica lo convierte en uno de los materiales de transferencia de calor más rápidos. Sin embargo, su conductividad térmica puede disminuir debido a impurezas y defectos estructurales en el material, como se ha demostrado experimentalmente; este efecto puede modelizarse utilizando el modelo Callaway-Holland, que tiene en cuenta la resistencia térmica debida al estrechamiento entre las aberturas de los agujeros.
Conductividad térmica (T2)
El carburo de silicio es uno de los materiales cerámicos más ligeros, duros y termoconductores que existen en la actualidad. Químicamente inerte a los ácidos, álcalis y sales fundidas; altamente resistente a la corrosión a temperaturas extremadamente altas; cuenta con una resistencia física excepcional, así como con unas características de baja conductividad térmica y coeficiente de dilatación que hacen que el carburo de silicio sea adecuado para muchas aplicaciones a temperaturas elevadas.
El SiC es el material ideal para su uso en aplicaciones de electrónica de potencia, optoelectrónica y computación cuántica de alta potencia debido a su sencilla estructura cristalina y a su capacidad calorífica específica excepcionalmente alta; sin embargo, el flujo de calor localizado provocado por estas tecnologías puede dar lugar a un aumento de la temperatura del dispositivo y a la degradación de su rendimiento, lo que convierte la gestión térmica en un reto constante.
Por ello, una interfaz térmica extremadamente conductora es clave para el rendimiento de los dispositivos fabricados con SiC. Debido a la disposición atómica en forma de espina de pescado del material 3C-SiC, su extraordinario y elevado camino libre medio (MFP) de los fonones facilita una conductividad térmica superior a la de los semiconductores tradicionales.
La alta conductividad térmica del SiC CVD es aún más sorprendente; producido mediante deposición química de vapor y con una estructura policristalina cúbica centrada en la cara extremadamente pura, se ha informado de que su conductividad térmica es hasta dos veces superior a la del SiC sinterizado o unido por reacción; de hecho, el SiC CVD ostenta una de las conductividades térmicas más altas entre los materiales cultivados sintéticamente.
Conductividad térmica (T3)
El carburo de silicio es un material cerámico extremadamente duro y resistente a los productos químicos, con excelentes propiedades de conductividad térmica y resistencia al choque térmico, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta temperatura como la fabricación de semiconductores. Debido a estas cualidades, se utiliza desde hace mucho tiempo en aplicaciones de metalurgia, refractarios, cerámica e industria de semiconductores, ya que posee propiedades de extrema dureza, resistencia a la fatiga e inercia química.
La moissanita sólo se encuentra de forma natural en cantidades ínfimas en ciertos tipos de meteoritos y yacimientos de corindón, pero se produce comercialmente en hornos. La sustancia se puede sintetizar mediante diversas técnicas, por ejemplo, disolviendo carbono en sílice fundida, fundiendo arcilla (silicato de aluminio), coque en polvo y mezcla de coque en polvo, disolviendo carbono en sílice líquida o fundiendo mezcla de arcilla (silicato de aluminio) con coque en polvo; también se produce mediante la combustión en horno eléctrico de una combinación de carbono y silicio que desprende su gama de colores naturales, del marrón oscuro al negro, pero que también se puede teñir de azul para su venta como piedra preciosa denominada moissanita.
El 3C-SiC presenta una conductividad térmica relativamente alta, de unos 620 Wm-1 K-1, casi diez veces la del diamante. Esto puede atribuirse a su tasa relativamente baja de dispersión superficial difusa, que limita la MFP de fonones, como se muestra en la Fig. 4. Además, las distribuciones de membranas y nanocables medidas aquí se trazaron frente a sus dimensiones límite para mostrar que coinciden con los valores obtenidos a través de las funciones acumulativas de MFP a granel41 y 42.
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