Le carbure de silicium est l'un des mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques les plus l\u00e9gers et les plus durs. Il r\u00e9siste facilement \u00e0 la corrosion, \u00e0 l'abrasion et \u00e0 l'usure par frottement. En outre, ses propri\u00e9t\u00e9s semi-conductrices le rendent adapt\u00e9 aux applications \u00e0 haute tension telles que l'\u00e9lectronique de puissance des v\u00e9hicules \u00e9lectriques.<\/p>\n
La conductivit\u00e9 du SiC peut \u00eatre augment\u00e9e par dopage avec de l'azote ou du phosphore pour les semi-conducteurs de type n et avec de l'aluminium, du bore ou du gallium pour les semi-conducteurs de type p. En outre, il s'agit d'un mat\u00e9riau extr\u00eamement conducteur sur le plan thermique.<\/p>\n
Le carbure de silicium (SiC) est un compos\u00e9 chimique \u00e0 structure hexagonale solide qui poss\u00e8de des propri\u00e9t\u00e9s de semi-conducteur \u00e0 large bande interdite. Cela fait du SiC un excellent candidat pour les dispositifs \u00e9lectroniques de puissance qui n\u00e9cessitent des temp\u00e9ratures de fonctionnement plus \u00e9lev\u00e9es, des tensions de blocage plus \u00e9lev\u00e9es, des pertes de commutation plus faibles que les dispositifs en silicium et des bandes interdites plus larges pour permettre des conceptions plus minces qui augmentent la densit\u00e9 de puissance.<\/p>\n
Le carbure de silicium peut \u00eatre rendu \u00e9lectriquement conducteur en le dopant avec d'autres \u00e9l\u00e9ments, ce qui est une pratique courante dans l'industrie des semi-conducteurs. Le dopage augmente la conductivit\u00e9, la r\u00e9sistance \u00e0 la temp\u00e9rature et la pr\u00e9cision de l'usinage - par exemple en ajoutant un dopant de type n tel que l'azote ou le phosphore, qui augmente la connectivit\u00e9 des \u00e9lectrons et des trous dans sa structure cristalline et donc la conductivit\u00e9.<\/p>\n
Une autre m\u00e9thode pour augmenter la conductivit\u00e9 du carbure de silicium est le dopage, c'est-\u00e0-dire le processus d'ajout d'impuret\u00e9s dans sa structure cristalline, afin d'augmenter la conductivit\u00e9. Le dopage peut modifier des propri\u00e9t\u00e9s telles que la bande interdite et la conductivit\u00e9 thermique. Par exemple, le dopage avec un dopant de type n r\u00e9duit la taille de sa bande interdite, de sorte que les \u00e9lectrons peuvent plus facilement la traverser pour atteindre les r\u00e9gions de sa bande interdite o\u00f9 la conductivit\u00e9 est am\u00e9lior\u00e9e, ce qui a pour effet d'augmenter la conductivit\u00e9.<\/p>\n
La bande interdite du carbure de silicium peut \u00e9galement \u00eatre r\u00e9duite en augmentant sa teneur en carbone ou en rempla\u00e7ant certains atomes d'oxyg\u00e8ne par de l'hydrog\u00e8ne, car le carbone a une faible \u00e9nergie de liaison avec le silicium, tandis que l'\u00e9nergie de liaison entre le silicium et l'oxyg\u00e8ne est nettement plus \u00e9lev\u00e9e qu'entre le silicium et les atomes d'azote.<\/p>\n
La bande interdite du carbure de silicium est trois fois plus grande que celle du silicium, ce qui en fait un excellent mat\u00e9riau pour les applications d'\u00e9lectronique de puissance. Sa large bande interdite lui permet de supporter des tensions et des fr\u00e9quences de commutation beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es que celles du silicium, ainsi que des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es, ce qui est n\u00e9cessaire dans de nombreux dispositifs \u00e9lectroniques.<\/p>\n
Le carbure de silicium poss\u00e8de une conductivit\u00e9 \u00e9lectrique intrins\u00e8que extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9e, qui peut \u00eatre am\u00e9lior\u00e9e par le dopage avec des dopants de type n ou de type p. Il s'agit g\u00e9n\u00e9ralement d'un mat\u00e9riau dur et cassant aux teintes incolores. Les sources naturelles de SiC sont limit\u00e9es : des gemmes de moissanite sont parfois d\u00e9couvertes, de m\u00eame que de petites quantit\u00e9s dans les m\u00e9t\u00e9orites et les gisements de corindon ; la plupart des SiC commerciaux sont fabriqu\u00e9s synth\u00e9tiquement.<\/p>\n
Le carbure de silicium (SiC) est un mat\u00e9riau indispensable dans les applications de l'\u00e9lectronique de puissance, de l'opto\u00e9lectronique et de l'informatique quantique1. Les flux de chaleur localis\u00e9s peuvent avoir un impact n\u00e9gatif sur leurs performances en augmentant rapidement les temp\u00e9ratures, ce qui rend essentielle une conductivit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9e dans les syst\u00e8mes \u00e9lectroniques \u00e0 base de carbure de silicium.<\/p>\n
Le carbure de silicium pr\u00e9sente une conductivit\u00e9 thermique nettement sup\u00e9rieure \u00e0 celle du cuivre, le m\u00e9tal le plus r\u00e9pandu. Cette sup\u00e9riorit\u00e9 peut \u00eatre attribu\u00e9e \u00e0 la solidit\u00e9 des liaisons atomiques et \u00e0 la structure du r\u00e9seau cristallin du SiC. Toutefois, malgr\u00e9 cette conductivit\u00e9 thermique sup\u00e9rieure, sa capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique est anormalement faible par rapport \u00e0 d'autres mat\u00e9riaux : environ 170 J\/Kg, soit la moiti\u00e9 de celle du cuivre.<\/p>\n
Des \u00e9tudes ant\u00e9rieures ont d\u00e9montr\u00e9 que la conductivit\u00e9 thermique du carbure de silicium est fortement influenc\u00e9e par sa microstructure et la composition de ses phases, en particulier \u00e0 basse temp\u00e9rature. Le libre parcours moyen des phonons dans le SiC d\u00e9sordonn\u00e9 est plus court que dans les phases ordonn\u00e9es.<\/p>\n
R\u00e9cemment, nous avons men\u00e9 des analyses approfondies sur la d\u00e9pendance en fr\u00e9quence de la conductivit\u00e9 thermique d'\u00e9chantillons de SiC en vrac et en couches minces en utilisant des mesures de thermor\u00e9flexion transitoire. Nous avons observ\u00e9 que les \u00e9chantillons de 3C-SiC d\u00e9sordonn\u00e9s et purs pr\u00e9sentaient des diminutions en fonction de la fr\u00e9quence - cette tendance \u00e9tant particuli\u00e8rement forte pour les phonons de basse fr\u00e9quence.<\/p>\n
Ce ph\u00e9nom\u00e8ne peut s'expliquer par la plus forte diffusion des phonons de surface caus\u00e9e par les d\u00e9fauts de bore que par les lacunes, la suppression de la conductivit\u00e9 thermique jouant un r\u00f4le essentiel dans l'am\u00e9lioration de la gestion thermique pour la micro\u00e9lectronique \u00e0 base de SiC.<\/p>\n
Le carbure de silicium, l'un des mat\u00e9riaux c\u00e9ramiques les plus l\u00e9gers et les plus durs, combine des atomes de carbone et de silicium en t\u00e9tra\u00e8dres pour former un mat\u00e9riau ultra-dur et r\u00e9silient qui r\u00e9siste \u00e0 la corrosion, \u00e0 l'abrasion, \u00e0 l'\u00e9rosion et aux chocs \u00e9lectriques. Gr\u00e2ce \u00e0 son module d'Young \u00e9lev\u00e9 et \u00e0 ses faibles taux de dilatation thermique, il constitue un excellent mat\u00e9riau structurel. Utilis\u00e9 \u00e0 des temp\u00e9ratures allant jusqu'\u00e0 1600 degr\u00e9s Celsius sans perte de r\u00e9sistance ou de rigidit\u00e9 et tol\u00e9rant facilement les acides, les alcalis et les sels fondus, il est utilis\u00e9 depuis longtemps dans les usines chimiques, les broyeurs et les dilatateurs - sans oublier les miroirs des t\u00e9lescopes astronomiques !<\/p>\n
La conductivit\u00e9 \u00e9lectrique du carbure de silicium varie en fonction de la temp\u00e9rature. \u00c0 basse temp\u00e9rature, il se comporte comme un isolant et r\u00e9siste au flux d'\u00e9lectricit\u00e9 ; mais \u00e0 mesure que la temp\u00e9rature augmente, il commence \u00e0 se comporter davantage comme un semi-conducteur et permet \u00e0 l'\u00e9lectricit\u00e9 de passer plus facilement ; cela est d\u00fb au fait que sa bande interdite est plus large, ce qui permet \u00e0 davantage d'\u00e9lectrons d'\u00eatre excit\u00e9s et de se d\u00e9placer dans le mat\u00e9riau.<\/p>\n
Le dopage du carbure de silicium peut aider \u00e0 surmonter ses propri\u00e9t\u00e9s isolantes par l'ajout d'impuret\u00e9s qui g\u00e9n\u00e8rent des porteurs de charge libres tels que des \u00e9lectrons et des trous, cr\u00e9ant ainsi davantage de porteurs de charge libres tels que des \u00e9lectrons et des trous qui se d\u00e9placent librement au sein de sa structure cristalline. Le dopage avec de l'aluminium ou du gallium lui conf\u00e8re des propri\u00e9t\u00e9s de semi-conducteur de type P, tandis que l'ajout d'azote ou de phosphore lui conf\u00e8re des propri\u00e9t\u00e9s de semi-conducteur de type N.<\/p>\n
La bande interdite sup\u00e9rieure du carbure de silicium lui permet d'\u00eatre utilis\u00e9 dans des applications n\u00e9cessitant des tensions plus \u00e9lev\u00e9es, telles que les g\u00e9n\u00e9rateurs \u00e0 haute tension et les transistors de puissance. Le carbure de silicium permet d'obtenir des tensions plus \u00e9lev\u00e9es parce que sa bande interdite est sup\u00e9rieure \u00e0 celle d'autres mat\u00e9riaux semi-conducteurs, comme le silicium.<\/p>\n
Il convient \u00e9galement de noter que la conductivit\u00e9 thermique du carbure de silicium varie en fonction de sa densit\u00e9 ; plus la densit\u00e9 augmente, plus la conductivit\u00e9 thermique augmente en raison de l'augmentation du mouvement des \u00e9lectrons libres dans sa structure, ce qui entra\u00eene une plus grande dissipation de la chaleur par le biais des vibrations des phonons.<\/p>\n
Le carbure de silicium pr\u00e9sente naturellement de faibles conductivit\u00e9s thermique et \u00e9lectrique ; toutefois, sa conductivit\u00e9 peut \u00eatre augment\u00e9e par l'ajout d'additifs tels que le carbone et le bore au cours du frittage. Le carbone peut modifier sa structure pour permettre \u00e0 davantage d'\u00e9lectrons libres de s'y d\u00e9placer, tandis que l'ajout de bore peut augmenter son coefficient Seebeck et donc r\u00e9duire l'\u00e9nergie d'activation, ce qui permet d'am\u00e9liorer encore la conductivit\u00e9.<\/p>\n
La conductivit\u00e9 \u00e9lectrique du carbure de silicium peut \u00eatre exploit\u00e9e davantage en l'utilisant comme \u00e9l\u00e9ment de structures composites avec des m\u00e9taux ou des c\u00e9ramiques, en particulier dans les r\u00e9acteurs \u00e0 fusion nucl\u00e9aire o\u00f9 les composants structurels seront utilis\u00e9s comme couvertures de m\u00e9tal liquide qui cr\u00e9ent des champs magn\u00e9tiques pour contenir le plasma. Une faible r\u00e9sistivit\u00e9 \u00e9lectrique et thermique est essentielle dans ces cas pour minimiser les effets magn\u00e9tohydrodynamiques caus\u00e9s par l'\u00e9coulement du m\u00e9tal liquide sur et autour des structures composites.<\/p>\n
La conductivit\u00e9 du carbure de silicium en fait un mat\u00e9riau indispensable dans diverses applications, depuis le remplacement des semi-conducteurs traditionnels jusqu'aux composants automobiles et aux blindages pare-balles. Par exemple, sa conductivit\u00e9 \u00e9lectrique lui permet de r\u00e9pondre \u00e0 un certain nombre d'utilisations. La stabilit\u00e9 chimique du carbure de silicium le rend \u00e9galement extr\u00eamement durable - id\u00e9al pour les environnements \u00e0 haute temp\u00e9rature tels que les installations de fabrication de semi-conducteurs.<\/p>\n
La conductivit\u00e9 du SiC est d\u00e9termin\u00e9e par sa bande interdite. Il s'agit de la diff\u00e9rence d'\u00e9nergie n\u00e9cessaire aux \u00e9lectrons pour passer de la bande de valence \u00e0 la bande de conduction, ou de la bande de valence \u00e0 la bande de conduction. Les mat\u00e9riaux \u00e0 large bande interdite sont consid\u00e9r\u00e9s comme des semi-conducteurs, tandis que les mat\u00e9riaux \u00e0 bande \u00e9troite sont des isolants. Le carbure de silicium pur agit comme un isolant, mais avec certaines impuret\u00e9s, il peut pr\u00e9senter des propri\u00e9t\u00e9s semi-conductrices.<\/p>\n
Le carbure de silicium peut \u00eatre cr\u00e9\u00e9 en le chauffant \u00e0 de tr\u00e8s hautes temp\u00e9ratures en pr\u00e9sence de carbone. Edward C. Acheson a \u00e9t\u00e9 le premier \u00e0 utiliser cette technique en 1891 en infusant de l'argile avec du coke en poudre, en utilisant la chaleur \u00e9lectrique d'une lampe \u00e0 arc et des radiateurs \u00e9lectriques, jusqu'\u00e0 ce qu'il produise une substance verte et dure, suffisamment r\u00e9sistante pour rayer le verre, qu'il a appel\u00e9e carborundum.<\/p>\n
Le carbure de silicium est pr\u00e9sent \u00e0 l'\u00e9tat naturel dans des roches telles que la diorite et la moissanite, mais il peut aussi \u00eatre produit de mani\u00e8re synth\u00e9tique. Le mat\u00e9riau pr\u00e9sente deux t\u00e9tra\u00e8dres de coordination primaires compos\u00e9s de quatre atomes de carbone et de quatre atomes de silicium li\u00e9s ensemble dans chaque t\u00e9tra\u00e8dre ; ces t\u00e9tra\u00e8dres s'empilent ensuite pour former des polytypes - le polytype alpha \u00e9tant souvent trouv\u00e9 avec des structures cristallines hexagonales similaires \u00e0 la wurtzite, sa variante la plus fr\u00e9quemment rencontr\u00e9e.<\/p>\n
Le dopage du carbure de silicium permet de le transformer en semi-conducteur de type p ou de type n par l'ajout de divers dopants tels que le bore et l'aluminium ; les dopants \u00e0 l'azote et au phosphore le transforment en semi-conducteur de type n.<\/p>\n
La spectrom\u00e9trie de masse \u00e0 d\u00e9charge luminescente et la spectroscopie de fluorescence des rayons X sont deux techniques de masse populaires pour l'analyse du carbure de silicium ; une analyse plus pr\u00e9cise peut impliquer la spectrom\u00e9trie d'\u00e9mission optique \u00e0 plasma inductif ou la spectrom\u00e9trie de masse \u00e0 plasma inductif \u00e0 ablation laser sur des \u00e9chantillons solides ou des \u00e9chantillons dig\u00e9r\u00e9s ou lessiv\u00e9s.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is one of the lightest and hardest ceramic materials, resisting corrosion, abrasion and frictional wear with ease. Additionally, its semiconducting properties make it suitable for high voltage applications like power electronics on electric vehicles. Conductivity of SiC can be increased through doping with nitrogen or phosphorus for n-type semiconductors and aluminum, boron, or […]<\/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-438","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/438","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=438"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/438\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":439,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/438\/revisions\/439"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=438"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=438"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=438"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}