El carburo de silicio (SiC) es un compuesto cristalino de silicio y carbono utilizado desde el siglo XIX en aplicaciones tan variadas como papel de lija, muelas abrasivas, herramientas de corte e incluso revestimientos de hornos industriales. Adem\u00e1s, el SiC tambi\u00e9n puede servir como pieza resistente al desgaste en bombas y motores de cohetes.<\/p>\n
El SiC puede actuar tanto como aislante como semiconductor dependiendo de c\u00f3mo se haya alterado la estructura cristalina a\u00f1adiendo impurezas en su estructura cristalina; este proceso se conoce como dopaje.<\/p>\n
El carburo de silicio es un material cer\u00e1mico con propiedades que lo convierten tanto en aislante el\u00e9ctrico como en semiconductor, dependiendo de c\u00f3mo se a\u00f1adan sus impurezas o dopantes. La versatilidad del carburo de silicio lo convierte en una valiosa herramienta industrial que se utiliza en numerosos campos de aplicaci\u00f3n.<\/p>\n
Las aplicaciones que consumen mucha energ\u00eda y deben funcionar a altas temperaturas, como las turbinas y los sistemas de calefacci\u00f3n, se benefician de su conductividad t\u00e9rmica superior. Adem\u00e1s, su robustez f\u00edsica y dureza lo hacen adecuado para su uso en herramientas de corte como muelas abrasivas. Adem\u00e1s, su amplia banda prohibida le permite manejar voltajes y frecuencias m\u00e1s elevados que los dispositivos tradicionales basados en el silicio.<\/p>\n
Esta invenci\u00f3n se refiere a materiales cer\u00e1micos de carburo de silicio sinterizado con una resistividad el\u00e9ctrica extremadamente alta (hasta unos 108 ohm cm) que se han producido mediante procesos de sinterizaci\u00f3n y se han utilizado como sustratos para circuitos integrados.<\/p>\n
Para lograr este objetivo, los inventores utilizaron un proceso de prensado en caliente para producir un cuerpo de carburo de silicio sinterizado con part\u00edculas submicr\u00f3nicas de carburo de silicio en fase beta distribuidas uniformemente en una matriz no porosa de nitr\u00f3geno a temperaturas cercanas a los 2.000 grados Celsius para la producci\u00f3n de carburo de silicio sinterizado. El material resultante presentaba una alta resistividad el\u00e9ctrica, as\u00ed como un bajo coeficiente de expansi\u00f3n lineal similar al del silicio.<\/p>\n
Los cuerpos de carburo de silicio sinterizado producidos mediante sinterizaci\u00f3n sin presi\u00f3n tienen resistividades el\u00e9ctricas inferiores a las necesarias para sustratos de circuitos integrados y conductividades t\u00e9rmicas significativamente inferiores a las de sus hom\u00f3logos, los materiales de SiC monocristalino.<\/p>\n
Los inventores han descubierto que el carburo de silicio sinterizado que contiene cantidades significativas de boro tiene una resistividad el\u00e9ctrica muy elevada. Para evaluar esta relaci\u00f3n entre la concentraci\u00f3n de portadores n y la constante diel\u00e9ctrica espec\u00edfica es, llevaron a cabo varias muestras experimentales en las que se a\u00f1adieron BeO y otros dopantes elementales de las familias Va y Vb con una valencia i\u00f3nica de +5 a mezclas de part\u00edculas de polvo de carburo de silicio antes de sinterizarlas.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es uno de los materiales m\u00e1s duros que existen y presenta un m\u00f3dulo de Young extraordinariamente alto de m\u00e1s de 400 GPa, lo que le permite soportar presiones y temperaturas extremas. El SiC es tambi\u00e9n uno de los materiales cer\u00e1micos m\u00e1s ligeros y aislantes, capaz de resistir la corrosi\u00f3n, el desgaste por abrasi\u00f3n y erosi\u00f3n, as\u00ed como el desgaste por fricci\u00f3n, al tiempo que posee una excelente conductividad t\u00e9rmica y propiedades de baja expansi\u00f3n t\u00e9rmica cuando se utiliza como material aislante el\u00e9ctrico.<\/p>\n
El carburo de silicio es un cristal de enlace covalente y su monocristal tiene una conductividad t\u00e9rmica relativamente grande, mientras que en estado sinterizado este n\u00famero desciende debido a la dispersi\u00f3n de fonones en los l\u00edmites de los granos de cristal, lo que crea capas de agotamiento de portadores dentro de cada grano de cristal a ambos lados de cada l\u00edmite, inhibiendo as\u00ed el flujo de calor.<\/p>\n
La presente invenci\u00f3n consiste en crear un aislante de carburo de silicio con propiedades mejoradas mediante la combinaci\u00f3n de material semiconductor de tipo p con un cuerpo sinterizado de SiC. El aislante comprende carburo de silicio como su constituyente primario y un elemento que proporciona propiedades aislantes el\u00e9ctricas (BN o Be), tales como el aumento de la concentraci\u00f3n de portadores en 5\u00d71017 cm-3 o menos a cada lado del l\u00edmite de grano en su estado sinterizado, proporcionando altas propiedades de aislamiento el\u00e9ctrico.<\/p>\n
El dopaje del carburo de silicio con aluminio, boro o galio da lugar a la creaci\u00f3n de materiales semiconductores de tipo p que poseen propiedades de semiconductividad. Los aislantes que contienen este carburo de silicio de tipo p presentan una baja resistividad el\u00e9ctrica y una alta conductividad t\u00e9rmica para un efecto m\u00e1ximo.<\/p>\n
La presente invenci\u00f3n se refiere a un aislante que puede utilizarse para soportar elementos semiconductores, como una resistencia, un blanco de pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica o una resistencia de pel\u00edcula fina. No s\u00f3lo posee excelentes propiedades el\u00e9ctricas y t\u00e9rmicas, sino que tambi\u00e9n ostenta un valor de constante diel\u00e9ctrica extremadamente bajo. Adem\u00e1s, su fabricaci\u00f3n de cuello estrecho permite una alta densidad de corriente sin superar las limitaciones t\u00e9rmicas del material del sustrato.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material excepcional con magn\u00edficas propiedades t\u00e9rmicas. Con un bajo coeficiente de expansi\u00f3n t\u00e9rmica y resistencia al agrietamiento cuando se expone a altas temperaturas, el carburo de silicio puede disipar el calor con eficacia, una caracter\u00edstica esencial cuando se utiliza en aplicaciones que requieren un alto rendimiento t\u00e9rmico. Adem\u00e1s, el SiC posee una gran capacidad calor\u00edfica espec\u00edfica, por lo que puede absorber grandes cantidades de energ\u00eda antes de iniciar su proceso de expansi\u00f3n.<\/p>\n
La dilataci\u00f3n t\u00e9rmica del carburo de silicio depende de su temperatura y estructura cristalina, lo que puede afectar a su rendimiento y durabilidad. Para garantizar que los componentes de carburo de silicio puedan funcionar de forma fiable incluso en condiciones ambientales adversas, es vital que comprendamos su dependencia de la temperatura.<\/p>\n
La composici\u00f3n tambi\u00e9n puede influir en la dilataci\u00f3n t\u00e9rmica del carburo de silicio; el \u00f3xido de berilio (BeO) ayuda a suprimir la dispersi\u00f3n de fonones en los l\u00edmites de grano, lo que provoca una menor dilataci\u00f3n t\u00e9rmica en comparaci\u00f3n con el silicio puro y da lugar a coeficientes de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica (CTE) m\u00e1s bajos que cuando se trabaja bajo una gran tensi\u00f3n mec\u00e1nica. Este factor es especialmente importante para los dispositivos semiconductores de alta potencia que experimentan fuertes tensiones mec\u00e1nicas durante su funcionamiento.<\/p>\n
Su resistencia a la corrosi\u00f3n y a la abrasi\u00f3n lo convierte en un excelente material de construcci\u00f3n, ideal para plantas qu\u00edmicas y molinos con temperaturas que alcanzan los 1.400 grados Celsius, as\u00ed como su elevado m\u00f3dulo de Young de 400 GPa, que lo hace adecuado para hornos de altas presiones.<\/p>\n
La moissanita natural s\u00f3lo se encuentra en peque\u00f1as cantidades en ciertos tipos de meteoritos y dep\u00f3sitos de corind\u00f3n, pero la mayor parte de la que se vende como piedra preciosa o se utiliza para reforzar metales se produce sint\u00e9ticamente mediante m\u00e9todos como la deposici\u00f3n de vapor de carbono de silicio, la sinterizaci\u00f3n de fibras de pol\u00edmero que contienen silicio o la cocci\u00f3n de revestimientos refractarios que contienen silicio.<\/p>\n
Para mejorar su maquinabilidad y resistencia a la tracci\u00f3n, se ha creado recientemente una nueva formulaci\u00f3n de SiC que contiene menos \u00f3xido de berilio que los productos tradicionales de SiC; es menos quebradizo, tiene un coeficiente de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica menor, puede utilizarse en dispositivos de mayor potencia y su producci\u00f3n es menos costosa que la del carburo de silicio puro;<\/p>\n
El carburo de silicio es uno de los materiales cer\u00e1micos m\u00e1s duros y ligeros. Presenta una excelente resistencia a la corrosi\u00f3n por \u00e1cidos y \u00e1lcalis, una excelente conductividad t\u00e9rmica y bajos valores de coeficiente de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica, cualidades que lo hacen adecuado para su uso en entornos de alta temperatura, como hornos de metales fundidos o la industria qu\u00edmica. Adem\u00e1s, su elevado m\u00f3dulo de Young (>400 GPa) ayuda a soportar esfuerzos de flexi\u00f3n que, de otro modo, destruir\u00edan otras cer\u00e1micas.<\/p>\n
El silicio tiene un bandgap relativamente estrecho que limita las variaciones de temperatura y campo el\u00e9ctrico, lo que proporciona la ventaja necesaria para las aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia. El silicio, el semiconductor m\u00e1s utilizado, est\u00e1 alcanzando sus l\u00edmites por falta de anchura de banda y tensi\u00f3n de ruptura; por ello, el niobio ofrece otra posible opci\u00f3n que podr\u00eda superar al silicio cuando se aplica a temperaturas y campos el\u00e9ctricos m\u00e1s elevados.<\/p>\n
Para maximizar todo el potencial del 4H-SiC, deben aplicarse diel\u00e9ctricos de alto k a su superficie mediante c\u00e1todos de pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica de silano con el fin de disminuir la densidad del estado de interfaz en su interfaz con el carburo de silicio y los materiales diel\u00e9ctricos y mejorar las propiedades el\u00e9ctricas de los dispositivos.<\/p>\n
M\u00faltiples estudios se han centrado en el desarrollo de diel\u00e9ctricos de alto k capaces de funcionar en la superficie del 4H-SiC. El HfO2 y el Y2O3 han demostrado su valor al mejorar el rendimiento el\u00e9ctrico mediante el aumento del campo el\u00e9ctrico de ruptura, pero su elevado estado de interfaz sigue siendo un obst\u00e1culo para su plena implantaci\u00f3n en dispositivos.<\/p>\n
Investigadores de Stanford han ideado un m\u00e9todo para crear un aislante de carburo de silicio de alta calidad a escala de oblea mediante grabado fotoqu\u00edmico y pulido mec\u00e1nico qu\u00edmico, utilizando a continuaci\u00f3n capas de dispositivo menos dopadas sobre una capa de sacrificio fuertemente dopada antes de utilizar el grabado fotoqu\u00edmico y el pulido mec\u00e1nico qu\u00edmico para eliminarla mediante grabado fotoqu\u00edmico y pulido mec\u00e1nico qu\u00edmico, exponiendo as\u00ed el SiC y haciendo posibles aislantes de alta calidad adecuados para aplicaciones fot\u00f3nicas cu\u00e1nticas y no lineales.<\/p>\n
A pesar de estos interesantes avances, a\u00fan es demasiado pronto para que los diel\u00e9ctricos de alto k se implementen en dispositivos comerciales basados en 4H-SiC. Por lo tanto, habr\u00e1 que explorar otros m\u00e9todos para fabricar dispositivos semiconductores de aislante met\u00e1lico sobre SiC hasta que se alcance este objetivo.<\/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\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=479"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":480,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions\/480"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=479"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=479"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=479"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}