Piikarbidi Substraatti

Piikarbidi on innovatiivinen materiaali, jolla on lukuisia etuja piihin verrattuna, erityisesti sen korkeampi läpilyöntijännite ja pienempi kytkentävastus, jotka mahdollistavat tehokkaammat tehoelektroniikkajärjestelmät.

Piikarbidialustan valmistaminen vaatii erikoislaitteita ja on aikaa vievää. Ensimmäisessä vaiheessa luodaan suuri kide, jota kutsutaan buleksi ja joka leikataan kiekoiksi myöhempää käsittelyä varten.

Se johtaa hyvin lämpöä

Piikarbidialustoista (SiC) on tullut olennainen osa tehoelektroniikkaa niiden ylivoimaisten ominaisuuksien ansiosta. SiC-substraatit, joilla on suurempi hyötysuhde ja parempi lämmönjohtavuus kuin piisubstraateilla, soveltuvat hyvin tehointensiivisiin sovelluksiin, kuten sähköajoneuvoihin ja uusiutuvien energialähteiden järjestelmiin, jotka vaativat suuria jännitteitä.

SiC on erittäin tiheä puolijohdemateriaali, jolla on laaja kaistanleveys, jonka ansiosta elektronit voivat liikkua nopeasti sen läpi, mikä antaa sille etulyöntiaseman piihin verrattuna, jonka kaistanleveys on kapeampi. Lisäksi tämä laajempi rako helpottaa elektronien siirtymistä kerrosten välillä, mikä parantaa laitteen yleistä suorituskykyä.

Piikarbidilla on erinomaiset sähkö- ja lämpöominaisuudet sekä erittäin suuri mekaaninen lujuus. Tämä tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan kulutusta kestäviin materiaaleihin ja leikkuutyökaluihin; lisäksi sen erittäin korkea lämpötilankestävyys tekee siitä käyttökelpoisen teollisten uunien vuorausmateriaalin ja sen äärimmäinen kovuus tekee siitä sopivan pumppujen ja rakettimoottoreiden komponenttien valmistukseen, jotka kestävät kulutusta ja kulumista.

Piikarbidi on erittäin kova, synteettisesti valmistettu piin ja hiilen yhdiste. Vaikka luonnosta on olemassa moissanitea, suurin osa siitä valmistetaan synteettisesti Achesonin reaktiolla, jossa piihiekkaa ja hiiltä kuumennetaan korkeissa lämpötiloissa, kunnes niiden seos muodostaa kuusikulmaisen kimpaleen, joka myöhemmin leikataan kiekoiksi alustana käytettäväksi.

Piikarbidi erottuu piistä alhaisemman päälläolovastuksen ja suuremman kaistanleveyden ansiosta, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan suuritehoisiin sovelluksiin. Tämän ansiosta niiden avulla voidaan pienentää laitekokoja ja samalla parantaa suorituskykyä; lisäksi niiden alhainen kytkentävastus tekee niistä hyvin sopivia aurinkosähköjärjestelmiin ja mikroelektroniikkasovelluksiin.

Piikarbidialustoja käytetään laajalti kulutusta kestävänä materiaalina, kuten keraamisissa kondensaattoreissa ja eristeissä. Lisäksi niiden kovuus tekee niistä käyttökelpoisia hiomalaikkojen ja hiekkapaperin muodossa, joiden kulutuskestävyys on alentunut. Lisäksi piikarbidialustat ovat olennainen materiaali, jota käytetään karborundum-painatuksessa - syväpainotekniikassa, jossa alumiinilevyt päällystetään karborundum-hiekalla painojälkien luomiseksi - joka on yhä suositumpi taidemuoto.

Se johtaa hyvin sähköä

Piikarbidi on erinomainen sähkönjohdin, ja sitä voidaan käyttää lukuisissa elektronisissa sovelluksissa. Sen vuotovirrat ja kytkentävastukset ovat alhaiset - molemmat olennaisia parametreja korkeataajuussovelluksissa. Lisäksi piikarbidin lämmönjohtavuus on kolme kertaa parempi kuin piistä valmistetun vastineensa, ja se kestää myös säteilyvaurioita.

Piikarbidin korkea jännitekestoisuus tekee siitä erinomaisen materiaalin sähkömoottorikäytöissä ja tehoelektroniikkajärjestelmissä käytettäviin nopeisiin kytkinlaitteisiin. Nämä laitteet kestävät äärimmäisiä lämpötiloja ja jännitteitä suorituskyvyn kärsimättä, ja ne ovat pienempiä ja kevyempiä kuin piistä valmistetut vastineensa. Lisäksi piikarbidilaitteet kytkeytyvät kymmenen kertaa nopeammin, mikä lisää tehokkuutta ja mahdollistaa samalla järjestelmien pienentämisen.

Piikarbidin ainutlaatuinen atomirakenne vaikuttaa sen puolijohdeominaisuuksiin. Se kiteytyy tiiviisti pakattuihin rakenteisiin, joille on ominaista, että kovalenttisesti sidotut atomit on järjestetty kahteen primaariseen koordinaatiotetraedriin, joiden kulmiin on sitoutunut neljä hiili- ja neljä piiatomia, jotka muodostavat kovalenttisia sidoksia hiili- ja piiatomien välille; nämä tetraedrit voidaan sitten yhdistää kulmiensa kautta muodostaen monityyppisiä rakenteita: 3C-SiC on sen kuutiomainen yksikkösolupolytyyppi, kun taas 6H-SiC tai 15R-SiC ovat muita esimerkkejä puolijohdemateriaaleista, joita esiintyy puolijohdemateriaalien sisällä.

SiC on tyypillisesti eristävä materiaali puhtaassa muodossaan, mutta se voi olla puolijohtava, kun siihen lisätään epäpuhtauksia dopingin avulla, joka on atomitason prosessi, joka tapahtuu epäpuhtauksilla seostamisen jälkeen. SiC luokitellaan puolijohdemateriaaliksi, jonka kaistaväli on 1,5 eV ja elektronien luontainen affiniteetti noin 0,1 mJ/cm, mikä tekee siitä yhden nykyisten puolijohdemateriaalien alhaisimmista kaistaväleistä.

Piikarbidi, toisin kuin pii, on ei-metallinen materiaali, joka ei liukene veteen eikä alkoholiin. Kovuutensa, kestävyytensä, korroosionkestävyytensä, korkean sulamispisteensä ja kovuutensa ansiosta piikarbidia voidaan käyttää erittäin monipuolisesti teollisuuskoneissa, kuten pumppujen laakereissa ja venttiileissä, sekä hoonauksessa, hionnassa, vesisuihkuleikkauksessa ja lapidary-työssä. Näiden ominaisuuksien ansiosta se on saavuttanut suuren suosion myös taloudellisena lapidary-materiaalina.

Piikarbidin ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen materiaalin sähköajoneuvojen pikalatausjärjestelmiin. Goldman Sachsin tutkimuksen mukaan SiC:n käyttö invertterijärjestelmissä voisi lisätä sähköautojen toimintasädettä 30% ja vähentää akkujen varastointikustannuksia 20% verrattuna pelkkiin litiumakkuihin. Lisäksi Goldman Sachs ennustaa, että se voisi auttaa virtaviivaistamaan sähköautojen suunnittelua ja tehdä niistä kevyempiä ja energiatehokkaampia.

Se on hyvä äänenjohdin

Piikarbidialusta on oksiditon puolijohdemateriaali, jolla on monia toivottavia ominaisuuksia. Se voi johtaa sekä lämpöä että sähköä tehokkaasti, sillä on erinomainen kestävyys ja korroosionkestävyys, joten se soveltuu moniin eri sovelluksiin. Sen kestävä luonne ja monipuolisuus tekevät piikarbidialustasta erinomaisen materiaalin, jota voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin.

Piikarbidi on tehokas äänenjohdin, joten se soveltuu erinomaisesti ilmailu- ja avaruussovelluksiin. Valitettavasti sen hauras luonne ja suuri kovuus tekevät sen käsittelystä kuitenkin haastavaa. Näiden vaikeuksien voittamiseksi yritykset kehittävät uusia käsittelymenetelmiä, jotka mahdollistavat kustannustehokkaan piikarbidin tuotannon.

Yksi tällainen menetelmä on plasma-avusteinen syövytys, jossa käytetään korkeaenergistä plasmaa epäpuhtauksien poistamiseen piikarbidialustan pinnoilta. Tällä tekniikalla voidaan parantaa puolijohdekomponenttien suorituskykyä säilyttäen samalla ympäristöystävällisyys; lisäksi prosessilla voidaan lisätä piikarbidin kriittistä läpilyöntilujuutta ja käyttölämpötilaa, jolloin se pystyy kilpailemaan paremmin piipuolijohteiden kanssa.

Toinen tapa parantaa piikarbidin suorituskykyä on epitaksikasvatus. Tämä tekniikka perustuu siihen, että piikarbidi sisältää erilaisia atomikerroksia, joilla on omat sähköiset ominaisuutensa. Prosessi parantaa laitteiden suorituskykyä, mutta se voi myös alentaa kustannuksia, koska valmistuskustannuksista voidaan poistaa kalliit safiiri- tai kiekkosubstraatit.

Piikarbidialustoja käytetään usein sähköajoneuvojen kuljetusjärjestelmissä, koska ne kestävät korkeampia lämpötiloja ja jännitteitä kuin piipohjaiset laitteet ja koska ne ovat kevyitä ja niillä on suuri energiatiheys, mikä tekee niistä ihanteellisesti sopivia sähköajoneuvojen käyttövoimajärjestelmiin. Lisäksi piikarbidin pienempi säteilyvaurioriski tekee siitä ihanteellisen eVTOL-materiaalin, ja sillä on paremmat mekaaniset ominaisuudet kuin sen kilpailijalla boorikarbidilla.

Piikarbidi-MOSFETit tarjoavat sekä ylivoimaisen energiatehokkuuden että alhaisemman lämpölaajenemiskertoimen, joten ne sopivat erinomaisesti useampien transistorien pakkaamiseen yhdelle sirulle. Tämän ominaisuuden ansiosta piikarbidi-MOSFETit ovat ihanteellinen valinta matkapuhelimiin ja kannettaviin tietokoneisiin; ne ovat kompaktimpia ja niillä on pienemmät kytkentähäviöt kuin piipohjaisilla MOSFETeillä.

Se johtaa hyvin valoa

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova materiaali, jolla on useita käyttötarkoituksia. Atomirakenteensa ansiosta SiC johtaa erinomaisesti sähköä ja valoa sekä kestää korroosiota ja korkeita lämpötiloja. Näin ollen se on erinomainen valinta käytettäväksi tulenkestävinä vuorauksina teollisuusuuneissa sekä leikkuutyökaluissa, 1800-luvun lopusta lähtien hiekkapaperina, hiomalaikoissa ja leikkuutyökaluissa - ankarissa ympäristöissä se on erinomainen materiaalivalinta pumppujen laakereihin, pumppujen koteloiden osiin sekä puristussuuttimiin ja ruiskutuslaitteisiin!

Piikarbidin ainutlaatuinen atomirakenne mahdollistaa sen seostamisen erilaisilla epäpuhtauksilla, jolloin saadaan joko p- tai n-tyypin puolijohteita riippuen siitä, mitä seostetta siihen lisätään. Alumiini luo p-tyypin puolijohteita ja gallium n-tyypin puolijohteita; lisäksi siihen voidaan lisätä typpeä ja fosforia suprajohtavuuden aikaansaamiseksi - ominaisuudet, jotka tekevät piikarbidista ihanteellisen materiaalin tehopuolijohdesovelluksiin.

Piikarbidipuolijohteiden sähkönjohtavuus on erinomainen ja valmistuskustannukset alhaiset verrattuna muihin puolijohdemuotoihin, mikä tekee piikarbidista taloudellisen vaihtoehdon suuritehoisille elektroniikkalaitteille, kuten tyristoreille, tehodiodeille ja transistoreille. Lisäksi niiden laaja kaistanleveys mahdollistaa helpomman valmistuksen alhaisemmissa lämpötiloissa, mikä tekee niistä täydellisiä korkean lämpötilan käyttöön, kuten korkeiden lämpötilojen kestämiseen elektroniikkalaitteiden sovelluksissa, kuten esimerkiksi korkeataajuuselektroniikan tyristoreissa, tehodiodeissa ja transistoreissa.

Piikarbidi on yksi piikarbidin ensisijaisista käyttökohteista: se toimii valodiodien (LEDien) substraattina. Vahvan murtolujuutensa sekä kulutuksen- ja korroosionkestävyytensä ansiosta piikarbidi on loistava valinta suuritehoisiin sovelluksiin, kuten LEDeihin ja UV-valodetektoreihin, kun taas sen alhainen etujännitehäviö ja nopea palautuminen mahdollistavat sen toiminnan myös korkeissa lämpötiloissa.

Piikarbidi-Schottky-diodia voidaan käyttää heijastuksenestokerroksina valonlähteissä, lasereissa ja tyristoreissa. Lisäksi ne soveltuvat sovelluksiin, jotka vaativat korkeaa läpilyöntijännitettä, sillä ne ovat edullisempia verrattuna piipohjaisiin puolijohteisiin ja tarjoavat nopeamman piirien suorituskyvyn kuin piipohjaiset vastineensa.

Moissaniittia löytyy luonnostaan meteoriiteista ja korundiesiintymistä, mutta lähes kaikki nykyisin myytävä piikarbidi on synteettistä. Tämä pii- ja hiiliatomeista koostuva yhdiste, jonka Mohs-luokitus on erittäin kova 9, voidaan valmistaa kuuden tuuman kiekoiksi kaupalliseen myyntiin.