Oblea de carburo de silicio: un catalizador para los avances tecnológicos

Las obleas de carburo de silicio (SiC) son componentes esenciales de muchos dispositivos electrónicos. Compuesto de sílice de arena y carbono de carbón, el SiC posee una combinación excepcional de propiedades gracias a su distinta disposición cristalina que le confiere atributos físicos únicos.

El SiC se distingue del silicio por sus propiedades físicas y eléctricas superiores, que lo hacen adecuado para aplicaciones de alta tensión y otros dispositivos semiconductores de alta potencia.

Resistencia a altas temperaturas

Las obleas de carburo de silicio (SiC) no sólo resisten altas temperaturas, sino que también poseen propiedades eléctricas superiores, lo que las convierte en el material ideal para aplicaciones de potencia. Su baja resistencia de encendido y su carga total de puerta les permiten conmutar más rápidamente que otros semiconductores.

La estructura de semiconductor de banda ancha del SiC y su baja caída de tensión directa le permiten absorber más corriente con pérdidas mínimas, lo que lo convierte en una buena opción para aplicaciones que requieren una alta eficiencia energética y tiempos de recuperación rápidos. Además, su gran resistencia a la radiación le permite soportar temperaturas más allá de los límites de su capacidad.

A diferencia del silicio, que se utiliza en la mayoría de los componentes electrónicos, el SiC ofrece una mayor conductividad eléctrica y funciona a temperaturas más elevadas. Esto lo hace adecuado para la electrónica de alto voltaje/potencia que necesitan las redes 5G y los vehículos eléctricos.

Las obleas de SiC pueden estar compuestas de material poroso o denso, en función de sus necesidades. El SiSiC poroso se crea haciendo reaccionar materia prima de carbono con silicio fundido en un entorno inerte, mientras que la cerámica totalmente densificada puede producirse mediante técnicas de conformado en seco o fundición; ambos métodos ofrecen propiedades químicas y mecánicas superiores a temperaturas de uso final que alcanzan más de 1.400 ºC.

Las obleas de SiC son componentes esenciales en la fabricación de dispositivos de radiofrecuencia de potencia y microondas, incluidos los diodos semiconductores. Las técnicas de fabricación de obleas de SiC abarcan desde la deposición química de vapor hasta el control de la perfección cristalográfica, así como tolerancias mecánicas específicas que deben cumplir estrictos niveles de pureza para obleas de alta calidad.

Resistencia a la alta tensión

Las obleas de carburo de silicio tienen la capacidad de soportar corrientes de alto voltaje y temperaturas sin sufrir daños, y son muy duras y duraderas, ideales para dispositivos de electrónica de potencia. Sus rápidas velocidades de conmutación permiten a los fabricantes construir módulos potentes con una pérdida de potencia reducida.

El carburo de silicio tiene una amplia banda prohibida que permite a los electrones pasar más libremente que otros materiales semiconductores, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta tensión como los vehículos eléctricos. Además, su mayor intensidad de campo de ruptura le permite soportar corrientes y temperaturas más elevadas que los chips de silicio normales.

La demanda de obleas de carburo de silicio se ha disparado gracias a la rápida expansión del uso de vehículos eléctricos (VE) y 5G. Ambos dispositivos requieren materiales de sustrato de alto rendimiento que puedan soportar el calor, altos voltajes y frecuencias; las obleas de carburo de silicio cumplen esta función en particular; su uso principal es como material de sustrato para circuitos integrados (CI) y dispositivos discretos que lo requieren por su dureza y durabilidad, pero cuyo procesamiento es costoso de producir.

La producción de obleas de carburo de silicio conlleva varias etapas: preparación de la materia prima, crecimiento de la capa epitaxial y fabricación de dispositivos. La materia prima suele prepararse mediante transmisión física de vapor (PVT), y posteriormente se cultivan capas epitaxiales sobre ella para crear dispositivos relevantes para esta producción. Se trata de un proceso complejo que requiere equipos avanzados. Además, la selección de las materias primas adecuadas es crucial para el éxito de la producción industrial.

Resistencia a las altas frecuencias

Las obleas de carburo de silicio se han hecho cada vez más populares debido a su rendimiento y durabilidad superiores, ya que presentan una mayor resistencia que otros sustratos semiconductores como el silicio o el arseniuro de galio (GaAs). Las obleas de carburo de silicio se encuentran en todas partes, desde células fotovoltaicas y fuentes de alimentación para vehículos eléctricos hasta células fotovoltaicas y fuentes de alimentación utilizadas con células fotovoltaicas; además, su resistencia a bajas frecuencias las hace adecuadas para transistores de alta velocidad.

El silicio y el carburo de silicio difieren principalmente en sus estructuras. Ambos materiales poseen una banda prohibida entre sus bandas de valencia y conducción, pero en el carburo de silicio es mucho mayor, lo que permite a los electrones moverse más libremente con frecuencias de conmutación más altas, lo que reduce el tamaño de los circuitos de control y aumenta la eficiencia.

El carburo de silicio también presenta un bajo coeficiente de expansión térmica, lo que le permite soportar rápidas fluctuaciones de temperatura sin romperse ni agrietarse en condiciones extremas. Esta propiedad mejora la fiabilidad del dispositivo en condiciones duras. Los inversores de carburo de silicio se han convertido en opciones populares debido a su capacidad para manejar los requisitos de voltaje más altos de los vehículos eléctricos, mientras que su dureza y resistencia al calor le permiten prolongar la vida útil de la batería y reducir el peso, ventajas que aumentan el ahorro de combustible y las distancias de conducción.

Alta conductividad térmica

Las obleas de carburo de silicio se han convertido en una fuerza inestimable para la innovación tecnológica en todos los sectores. Desde la electrónica de potencia hasta los sistemas de comunicación de alta velocidad, este material semiconductor ha desempeñado un papel esencial en muchas aplicaciones de vanguardia.

Las capacidades térmicas del carburo de silicio lo convierten en una opción excelente para dispositivos electrónicos expuestos a vibraciones y temperaturas extremas, como los vehículos eléctricos y la infraestructura 5G. El carburo de silicio también cuenta con una gran resistencia a los choques eléctricos, lo que lo convierte en una opción excelente cuando se trabaja en entornos con mucha tensión, como las vibraciones. Esto hace que el carburo de silicio sea ideal para aplicaciones que implican vibración y temperaturas extremas como la infraestructura 5G o los sistemas de suspensión de vehículos eléctricos.

La durabilidad física del carburo de silicio también lo convierte en un sustrato atractivo para usos no electrónicos, como las placas de chalecos antibalas. Además, su resistencia a la temperatura lo hace idóneo para sensores de alta temperatura utilizados en aplicaciones aeroespaciales y de automoción, así como su inercia química, que resiste álcalis o sales fundidas a temperaturas más elevadas.

A medida que evoluciona la industria de los semiconductores, los fabricantes se enfrentan a una presión constante para aumentar el rendimiento y reducir los costes. Pero no basta con reducir el tiempo de proceso o adquirir consumibles más baratos: sólo la optimización de la calidad de las obleas en bruto puede garantizar un rendimiento óptimo. Pureon cuenta con una amplia experiencia en el desarrollo de productos para su uso en este proceso, incluyendo almohadillas avanzadas para obleas y procesos de pulido que ayudan a lograr este fin.