Piikarbidi (SiC) on piin ja hiilen kiteinen yhdiste, jota on k\u00e4ytetty 1800-luvulta l\u00e4htien niinkin erilaisissa sovelluksissa kuin hiekkapapereissa, hiomalaikoissa, leikkuuty\u00f6kaluissa ja jopa teollisuusuunien vuorauksissa. Lis\u00e4ksi SiC:t\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 kulumista kest\u00e4vin\u00e4 osina pumpuissa ja rakettimoottoreissa.<\/p>\n
SiC voi toimia sek\u00e4 eristeen\u00e4 ett\u00e4 puolijohteena riippuen siit\u00e4, miten kiderakennetta on muutettu lis\u00e4\u00e4m\u00e4ll\u00e4 ep\u00e4puhtauksia sen kiderakenteeseen; t\u00e4t\u00e4 prosessia kutsutaan seostamiseksi.<\/p>\n
Piikarbidi on keraaminen materiaali, jonka ominaisuudet tekev\u00e4t siit\u00e4 sek\u00e4 s\u00e4hk\u00f6eristeen ett\u00e4 puolijohteen riippuen siit\u00e4, miten sen ep\u00e4puhtauksia tai seostusaineita lis\u00e4t\u00e4\u00e4n. Piikarbidin monipuolinen luonne tekee siit\u00e4 korvaamattoman arvokkaan teollisen ty\u00f6kalun, jota k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n monilla eri sovellusaloilla.<\/p>\n
Energiavaltaiset sovellukset, joiden on toimittava korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, kuten turbiinit ja l\u00e4mmitysj\u00e4rjestelm\u00e4t, hy\u00f6tyv\u00e4t sen erinomaisesta l\u00e4mm\u00f6njohtavuudesta. Lis\u00e4ksi sen fyysinen lujuus ja kovuus tekev\u00e4t siit\u00e4 sopivan k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi leikkuuty\u00f6kaluissa, kuten hiomalaikoissa. Lis\u00e4ksi sen laajan kaistanleveyden ansiosta se kest\u00e4\u00e4 suurempia j\u00e4nnitteit\u00e4 ja taajuuksia kuin perinteiset piipohjaiset laitteet.<\/p>\n
T\u00e4m\u00e4 keksint\u00f6 koskee sintrattuja piikarbidikeraamisia materiaaleja, joilla on eritt\u00e4in korkea s\u00e4hk\u00f6inen resistiivisyys (jopa noin 108 ohm cm), jotka on valmistettu sintrausprosesseilla ja joita k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n integroitujen piirien substraatteina.<\/p>\n
T\u00e4m\u00e4n tavoitteen saavuttamiseksi keksij\u00e4t k\u00e4yttiv\u00e4t kuumapuristusprosessia, jolla tuotettiin sintrattua piikarbidia, jossa submikroniset beetafaasipiikarbidihiukkaset jakautuivat tasaisesti koko huokosettomaan typpimatriisiin l\u00e4hes 2000 celsiusasteen l\u00e4mp\u00f6tiloissa sintrattua piikarbidia valmistettaessa. Tuloksena syntyneell\u00e4 materiaalilla oli korkea s\u00e4hk\u00f6inen resistiivisyys sek\u00e4 piit\u00e4 vastaava alhainen lineaarinen laajenemiskerroin.<\/p>\n
Paineettomalla sintrauksella valmistettujen sintrattujen piikarbidikappaleiden s\u00e4hk\u00f6inen resistiivisyys on pienempi kuin integroitujen piirien substraateissa tarvittava ja l\u00e4mm\u00f6njohtavuus huomattavasti alhaisempi kuin vastaavien yksikiteisten piikarbidimateriaalien.<\/p>\n
Keksij\u00e4t ovat havainneet, ett\u00e4 sintratulla piikarbidilla, joka sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 huomattavia m\u00e4\u00e4ri\u00e4 booria, on eritt\u00e4in suuri s\u00e4hk\u00f6inen resistiivisyys. Arvioidakseen t\u00e4t\u00e4 kantoaineen konsentraation n ja ominaisdielektrisyysvakion es v\u00e4list\u00e4 suhdetta he tekiv\u00e4t useita koeotoksia, joissa BeO:ta ja muita Va- ja Vb-perheisiin kuuluvia alkuaineellisia dopantteja, joiden ionivalenssi on +5, lis\u00e4ttiin piikarbidijauheen jauhemaisiin hiukkasseoksiin ennen niiden sintrausta.<\/p>\n
Piikarbidi (SiC) on yksi kovimmista saatavilla olevista materiaaleista, ja sen Youngin moduuli on poikkeuksellisen korkea, yli 400 GPa, mink\u00e4 ansiosta se kest\u00e4\u00e4 \u00e4\u00e4rimm\u00e4isi\u00e4 paineita ja l\u00e4mp\u00f6tiloja. SiC on my\u00f6s yksi kevyimmist\u00e4 ja parhaiten erist\u00e4vist\u00e4 keraamisista materiaaleista; se kest\u00e4\u00e4 korroosiota, kulumista, eroosiota ja kitkakulumista, ja sill\u00e4 on erinomainen l\u00e4mm\u00f6njohtavuus ja alhaiset l\u00e4mp\u00f6laajenemisominaisuudet, kun sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n s\u00e4hk\u00f6erist\u00e4v\u00e4n\u00e4 materiaalina.<\/p>\n
Piikarbidi on kovalenttisen sidoksen kide, ja sen yksikiteell\u00e4 on suhteellisen suuri l\u00e4mm\u00f6njohtavuus, kun taas sintratussa tilassa t\u00e4m\u00e4 luku laskee, mik\u00e4 johtuu fononien sironnasta kiteen raerajoilla, mik\u00e4 luo kantajien tyhjentymiskerroksia kunkin kiteen raerajojen molemmin puolin, mik\u00e4 est\u00e4\u00e4 l\u00e4mm\u00f6n virtauksen.<\/p>\n
T\u00e4ss\u00e4 keksinn\u00f6ss\u00e4 luodaan piikarbidieriste, jolla on parannetut ominaisuudet, yhdist\u00e4m\u00e4ll\u00e4 p-tyypin puolijohdemateriaali ja sintrattu SiC-kappale. Eriste koostuu piikarbidista ensisijaisena ainesosana ja elementist\u00e4, joka antaa s\u00e4hk\u00f6isi\u00e4 eristysominaisuuksia (BN tai Be), kuten esim. lis\u00e4\u00e4m\u00e4ll\u00e4 kantoaaltokonsentraatiota 5 \u00d7 1017 cm-3 tai v\u00e4hemm\u00e4n raerajojen molemmin puolin sintratussa tilassaan, mik\u00e4 antaa korkeat s\u00e4hk\u00f6iset eristysominaisuudet.<\/p>\n
Piikarbidin seostaminen alumiinilla, boorilla tai galliumilla johtaa p-tyypin puolijohdemateriaalien syntymiseen, joilla on puolijohdeominaisuuksia. T\u00e4t\u00e4 p-tyypin piikarbidia sis\u00e4lt\u00e4vill\u00e4 eristeill\u00e4 on alhainen s\u00e4hk\u00f6inen resistiivisyys ja korkea l\u00e4mm\u00f6njohtavuus, mik\u00e4 takaa maksimaalisen vaikutuksen.<\/p>\n
T\u00e4ss\u00e4 keksinn\u00f6ss\u00e4 on kyse eristeest\u00e4, jota voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 puolijohde-elementtien, kuten vastuksen, sputterointikohteen tai ohutkalvovastuksen tukemiseen. Sen lis\u00e4ksi, ett\u00e4 sill\u00e4 on erinomaiset s\u00e4hk\u00f6iset ja l\u00e4mp\u00f6ominaisuudet, sill\u00e4 on my\u00f6s eritt\u00e4in alhainen dielektrisyysvakioarvo. Lis\u00e4ksi sen kapea kaula mahdollistaa suuren virrantiheyden ylitt\u00e4m\u00e4tt\u00e4 substraattimateriaalin l\u00e4mp\u00f6rajoituksia.<\/p>\n
Piikarbidi (SiC) on poikkeuksellinen materiaali, jolla on erinomaiset l\u00e4mp\u00f6ominaisuudet. SiC:ll\u00e4 on alhainen l\u00e4mp\u00f6laajenemiskerroin ja se kest\u00e4\u00e4 halkeilua korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, joten se pystyy johtamaan l\u00e4mp\u00f6\u00e4 tehokkaasti - t\u00e4m\u00e4 on olennainen ominaisuus, kun sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n sovelluksissa, joissa vaaditaan korkeaa l\u00e4mp\u00f6tehokkuutta. Lis\u00e4ksi SiC:ll\u00e4 on suuri ominaisl\u00e4mp\u00f6kapasiteetti, joten se voi absorboida valtavia m\u00e4\u00e4ri\u00e4 energiaa ennen laajentumisprosessin aloittamista.<\/p>\n
Piikarbidin l\u00e4mp\u00f6laajeneminen riippuu l\u00e4mp\u00f6tilasta ja kiderakenteesta, mik\u00e4 voi vaikuttaa sen suorituskykyyn ja kest\u00e4vyyteen. Jotta piikarbidikomponentit toimisivat luotettavasti my\u00f6s ep\u00e4suotuisissa ymp\u00e4rist\u00f6olosuhteissa, on t\u00e4rke\u00e4\u00e4 ymm\u00e4rt\u00e4\u00e4 sen l\u00e4mp\u00f6tilariippuvuus.<\/p>\n
My\u00f6s koostumus voi vaikuttaa piikarbidin l\u00e4mp\u00f6laajenemiseen; berylliumoksidi (BeO) auttaa tukahduttamaan fononien sirontaa raerajoilla, mik\u00e4 johtaa pienemp\u00e4\u00e4n l\u00e4mp\u00f6laajenemiseen verrattuna puhtaaseen piihin ja pienempiin l\u00e4mp\u00f6laajenemiskertoimiin (CTE) kuin silloin, kun se toimii suuressa mekaanisessa rasituksessa. T\u00e4m\u00e4 tekij\u00e4 on erityisen merkitt\u00e4v\u00e4 suuritehoisissa puolijohdekomponenteissa, joihin kohdistuu k\u00e4yt\u00f6n aikana suuria mekaanisia rasituksia.<\/p>\n
Korroosion- ja kulutuksenkest\u00e4v\u00e4 materiaali tekee siit\u00e4 erinomaisen rakennusmateriaalin, joka soveltuu erinomaisesti kemiantehtaisiin ja tehtaisiin, joiden l\u00e4mp\u00f6tila on jopa 1400 celsiusastetta, ja sen korkea Youngin moduuli 400 GPa tekee siit\u00e4 sopivan korkeapaineisiin uuneihin.<\/p>\n
Luonnollista moissaniittia esiintyy vain pieni\u00e4 m\u00e4\u00e4ri\u00e4 tietyntyyppisiss\u00e4 meteoriiteissa ja korundiesiintymiss\u00e4, mutta suurin osa jalokivin\u00e4 myyt\u00e4v\u00e4st\u00e4 tai metallien lujittamiseen k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4st\u00e4 moissaniitista on synteettisesti tuotettua, ja sit\u00e4 valmistetaan esimerkiksi piihiilen h\u00f6yryst\u00e4m\u00e4ll\u00e4, sintraamalla piit\u00e4 sis\u00e4lt\u00e4vi\u00e4 polymeerikuituja tai polttamalla piit\u00e4 sis\u00e4lt\u00e4vi\u00e4 tulenkest\u00e4vi\u00e4 vuorauksia.<\/p>\n
Sen ty\u00f6stett\u00e4vyyden ja vetolujuuden parantamiseksi luotiin hiljattain uusi SiC-muotoilu, joka sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 v\u00e4hemm\u00e4n berylliumoksidia kuin perinteiset SiC-tuotteet; se on v\u00e4hemm\u00e4n hauras; sill\u00e4 on pienempi l\u00e4mp\u00f6laajenemiskerroin; sit\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 suurempitehoisissa laitteissa; sen valmistaminen on halvempaa kuin puhtaan piikarbidin;<\/p>\n
Piikarbidi on yksi kovimmista ja kevyimmist\u00e4 keraamisista materiaaleista, jolla on erinomainen korroosionkest\u00e4vyys happoja ja em\u00e4ksi\u00e4 vastaan, erinomainen l\u00e4mm\u00f6njohtavuus ja alhainen l\u00e4mp\u00f6laajenemiskerroin - ominaisuudet, joiden ansiosta se soveltuu k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi korkeal\u00e4mp\u00f6tilaisissa ymp\u00e4rist\u00f6iss\u00e4, kuten sulametallien sulatusuuneissa tai kemianteollisuudessa. Lis\u00e4ksi sen korkea Youngin moduuli (>400 GPa) auttaa kest\u00e4m\u00e4\u00e4n taivutusj\u00e4nnityksi\u00e4, jotka muutoin tuhoaisivat muut keraamiset materiaalit.<\/p>\n
Piill\u00e4 on suhteellisen kapea kaistaleveys, joka rajoittaa l\u00e4mp\u00f6tilan ja s\u00e4hk\u00f6kent\u00e4n vaihtelua, mik\u00e4 tarjoaa tehoelektroniikan sovelluksissa tarvittavan edun. Pii, yleisimmin k\u00e4ytetty puolijohde, on saavuttamassa rajansa kaistanleveyden ja l\u00e4pily\u00f6ntij\u00e4nnitteen puutteen vuoksi; siksi niobium tarjoaa toisen mahdollisen vaihtoehdon, joka voisi p\u00e4ihitt\u00e4\u00e4 piin, kun sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa ja s\u00e4hk\u00f6kentiss\u00e4.<\/p>\n
4H-SiC:n t\u00e4yden potentiaalin maksimoimiseksi sen pinnalle on levitett\u00e4v\u00e4 silaanin sputterointikohteiden avulla korkean k:n dielektrisi\u00e4 aineita, jotta voidaan v\u00e4hent\u00e4\u00e4 rajapinnan tilatiheytt\u00e4 sen rajapinnassa piikarbidin ja dielektristen materiaalien kanssa ja parantaa laitteiden s\u00e4hk\u00f6isi\u00e4 ominaisuuksia.<\/p>\n
Useissa tutkimuksissa on keskitytty kehitt\u00e4m\u00e4\u00e4n korkean k:n dielektrisi\u00e4 aineita, jotka pystyv\u00e4t toimimaan 4H-SiC:n pinnalla. HfO2 ja Y2O3 ovat osoittaneet arvonsa parantamalla s\u00e4hk\u00f6ist\u00e4 suorituskyky\u00e4 kasvattamalla l\u00e4pily\u00f6ntis\u00e4hk\u00f6kentt\u00e4\u00e4, mutta niiden korkea rajapintatila on edelleen esteen\u00e4 laitteiden t\u00e4ydelle k\u00e4ytt\u00f6\u00f6notolle.<\/p>\n
Stanfordin tutkijat ovat keksineet menetelm\u00e4n, jolla luodaan korkealaatuinen piikarbidieriste kiekkomittakaavassa k\u00e4ytt\u00e4en valokemiallista etsausta ja kemiallista mekaanista kiillotusta, mink\u00e4 j\u00e4lkeen k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n v\u00e4hemm\u00e4n dopingia sis\u00e4lt\u00e4vi\u00e4 laitekerroksia voimakkaasti dopingia sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4n uhrauskerroksen p\u00e4\u00e4ll\u00e4, ennen kuin se poistetaan valokemiallista etsausta ja kemiallista mekaanista kiillotusta k\u00e4ytt\u00e4en, jolloin SiC paljastuu ja mahdollistetaan korkealaatuiset eristimet, jotka soveltuvat kvantti- ja ep\u00e4lineaarisiin fotonisovelluksiin.<\/p>\n
N\u00e4ist\u00e4 j\u00e4nnitt\u00e4vist\u00e4 kehityssuuntauksista huolimatta on viel\u00e4 liian aikaista, ett\u00e4 korkean k-k:n dielektriset aineet voidaan ottaa k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n 4H-SiC:hen perustuvissa kaupallisissa laitteissa. Siksi on tutkittava muita menetelmi\u00e4 metalli-eriste-puolijohdekomponenttien valmistamiseksi SiC:ll\u00e4, kunnes t\u00e4m\u00e4 tavoite voidaan saavuttaa.<\/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\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=479"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":480,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions\/480"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=479"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=479"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=479"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}