Industri Silikon Karbida

Kekakuan, kekerasan, dan konduktivitas termal silikon karbida menjadikannya pilihan bahan yang sangat baik untuk digunakan sebagai cermin pada teleskop astronomi. Selain itu, lapisan lapping-nya merupakan bahan pelapis yang ideal untuk memoles ujung serat optik sebelum proses penyambungan.

Namun, pasokan wafer SiC berkualitas tinggi yang terbatas menghambat pertumbuhan pasar. Wafer tersebut rentan terhadap cacat seperti dislokasi, inklusi prototipe, dan kesalahan susunan, yang menurunkan efisiensi perangkat.

Cakram rem berkinerja tinggi

Cakram rem berkinerja tinggi memainkan peran penting dalam performa, keselamatan, dan efisiensi mobil. Fungsinya adalah untuk dengan cepat menghilangkan energi kinetik kendaraan tanpa mengalami penyimpangan bentuk atau kerusakan; untuk itu, cakram rem ini memerlukan bahan canggih yang mampu menahan fluktuasi suhu dan perubahan tekanan tanpa mengalami penyimpangan bentuk. Saat ini, produsen menggunakan komponen keramik, serat karbon, atau logam sinter yang terbuat dari bahan-bahan tersebut, karena bahan-bahan ini memiliki ketahanan aus yang sangat baik saat terpapar gesekan antara bantalan rem dan cakram, serta ketahanan panas dan ketahanan oksidasi yang baik – kualitas yang tidak ditemukan pada bahan lain yang digunakan.

Memilih cakram rem yang ideal memerlukan pertimbangan yang cermat, dengan memperhitungkan faktor-faktor seperti berat kendaraan dan jenis pengendaraan (di jalan raya, lintasan balap, atau off-road). Salah satu pertimbangan utama dalam memilih cakram rem adalah pembuangan panas – saat berkendara dengan intensitas tinggi, suhu dapat meningkat dengan cepat hingga mencapai tingkat ekstrem yang menyebabkan penurunan kinerja rem (brake fade) jika tidak didinginkan secara memadai melalui pola-pola khusus seperti lubang bor atau alur pada cakram rem yang dirancang dengan pola-pola tertentu untuk meningkatkan aliran udara dan mempercepat proses pendinginan.

Sejak tahun 2002, komposit karbon-keramik semakin banyak menggantikan besi cor dalam produksi cakram rem untuk mobil berperforma tinggi, berkat kombinasi bubuk, resin, dan serat yang dimilikinya, dengan penambahan bahan logam untuk meningkatkan difusivitas termal, ketahanan mekanis, dan sifat gesekan.

Cakram rem ini memberikan berbagai manfaat bagi kendaraan. Keunggulan utamanya terletak pada kemampuannya untuk menahan oksidasi dan keausan, sehingga meningkatkan efisiensi pengereman dan masa pakai, sekaligus cukup ringan untuk mengurangi bobot kendaraan. Selain itu, cakram ini memiliki ketahanan aus dan stabilitas suhu yang lebih baik dibandingkan dengan cakram konvensional.

Seiring meningkatnya permintaan akan kendaraan listrik dan hibrida listrik, kebutuhan akan sistem pengereman berkinerja tinggi pun ikut meningkat. Menggabungkan teknologi-teknologi ini memerlukan komponen otomotif baru yang mampu memberikan kinerja pengereman setara dengan biaya dan bobot yang jauh lebih rendah; komponen tersebut harus mampu menahan torsi motor listrik dan pengereman regeneratif, sekaligus memenuhi target efisiensi energi dan emisi, serta target efisiensi tinggi lainnya.

MOSFET daya

Pasar Silikon Karbida Diprediksi Tumbuh dengan CAGR 4,5% pada Periode 2024–2022! Meningkatnya permintaan akan perangkat elektronik konsumen, kendaraan listrik, dan sistem energi terbarukan menjadi pendorong ekspansi pesat ini, sementara para insinyur terus berupaya tanpa henti untuk mengurangi kerugian saat konduksi dan kerugian peralihan pada MOSFET daya, yang pada akhirnya akan meningkatkan efisiensi seiring berjalannya waktu.

MOSFET daya adalah transistor efek medan logam-oksida-semikonduktor yang dirancang untuk mengelola arus besar pada tingkat tegangan tinggi, dan digunakan untuk mengatur serta mengendalikan aliran daya listrik melalui perangkat seperti motor listrik. Terminal utamanya adalah drain dan source. Tegangan gerbang mengatur aliran ini; saat dalam keadaan mati, tidak ada tegangan yang diterapkan; tegangan gerbang berlawanan mencegah arus mengalir dari terminal ke terminal, sedangkan tegangan gerbang negatif akan memblokir jalur arus sepenuhnya; selain itu, fitur ini juga memungkinkan pengendalian arah arus melalui perangkat tersebut.

MOSFET merespons masukan tegangan positif dengan mengalirkan arus melalui saluran (drain) ke sumber (source)-nya, yang dikenal sebagai tegangan gerbang-sumber (VGS). Nilai VGS yang berlebihan harus tetap berada dalam batas operasi yang aman; jika tidak, hal ini dapat menyebabkan kerusakan perangkat atau kerusakan elemen sirkuit lainnya akibat disipasi daya yang berlebihan; lembar data biasanya mencantumkan nilai tegangan drain-ke-source maksimum.

Sebagai semikonduktor daya, MOSFET memiliki kerugian switching yang rendah dan memberikan konversi daya yang efisien dalam berbagai aplikasi. Resistansi on-state-nya yang rendah membuatnya cocok untuk konverter DC-DC berkinerja tinggi yang digunakan pada kendaraan listrik (EV), drone, dan aplikasi lain yang membutuhkan konversi daya yang efisien.

Para produsen telah mengembangkan MOSFET berkinerja tinggi untuk memenuhi permintaan yang terus meningkat dari aplikasi-aplikasi kompleks ini, sekaligus menciptakan teknik pendinginan inovatif guna lebih mengoptimalkan kinerjanya. Para insinyur menemukan bahwa teknologi pendinginan ini memungkinkan mereka mengurangi kerugian saat dalam keadaan aktif (on-state) dan kerugian peralihan (switching) untuk meningkatkan efisiensi, serta memperpanjang masa pakai dengan mengoperasikannya pada rentang suhu yang lebih tinggi.

Aditif oli

Pelumas Berbahan Dasar Silikon Karbida Terdapat berbagai jenis pelumas berbahan dasar silikon karbida yang tersedia di pasaran, seperti cairan silika dan pelumas gemuk yang terbuat dari silikon karbida. Cairan silikon dapat digunakan untuk melumasi roda gigi dan spindel berkecepatan tinggi karena titik nyala yang lebih tinggi dan sifat pemadaman sendiri; cairan silikon ini menawarkan alternatif bagi pelumas berbasis minyak bumi berkat titik nyala yang lebih tinggi dan kemampuan pemadaman sendiri; beberapa jenis cairan silika sering kali menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam Uji Beban Goresan Roda Gigi Ryder, sedangkan campuran fluoro dan nitril siloksan merupakan pilihan yang sangat baik ketika diformulasikan menjadi pelumas gemuk yang bersentuhan dengan aluminium;

Korosi dapat menjadi ancaman serius bagi bahan silikon karbida dan silikon nitrida, terutama saat terpapar suhu tinggi. Korosi seringkali memperpendek masa pakai bahan dengan meningkatkan cacat permukaan yang berpotensi retak akibat tegangan yang ditimbulkan oleh panas atau tekanan mekanis.

Salah satu cara untuk meningkatkan ketahanan korosi bahan-bahan ini adalah dengan melapisinya menggunakan lapisan oksida, namun hal ini dapat menimbulkan persyaratan kimia dan termal tambahan bagi bahan-bahan tersebut – misalnya, koefisien muai panasnya harus selaras agar dapat berfungsi dengan baik, guna menghindari tegangan dan retakan yang disebabkan oleh perubahan suhu.

Metode lain untuk mengubah permukaan bahan melibatkan proses etsa kimia. Proses ini dapat dilakukan baik secara langsung in situ, melalui pengepresan panas, maupun melalui proses pengikatan reaktif, di mana bubuk karbon, boron, silikon logam, bubuk silikon nitrida, atau bubuk lainnya dicampur dengan bubuk bahan baku dari keramik silikon karbida dan dibiarkan bereaksi pada suhu tinggi.

Silikon karbida alfa yang disinter banyak digunakan untuk memproduksi perkakas dan komponen yang digunakan dalam berbagai aplikasi. Bahan ini dapat dibentuk melalui proses pengepresan kering, pengepresan isostatik, pencetakan injeksi, atau proses lainnya; karena sifatnya yang padat, bahan ini sering menjadi pilihan utama ketika pengendalian dimensi yang ketat sangat diperlukan.

Rhein Chemie Additives telah mengembangkan senyawa aditif inovatif untuk melumasi silikon karbida alfa yang disinter secara lebih efektif. Bahan aktif belerangnya bereaksi secara kimiawi dengan bubuk lapping untuk membentuk lapisan sulfida logam yang mempercepat laju pengikisan logam sebesar 105% sekaligus memperbaiki kekasaran permukaan. Dalam pengujian, hal ini meningkatkan laju pengikisan logam sebesar 100% dan secara signifikan mengurangi kekasaran permukaan.

Aplikasi lainnya

Silikon karbida telah lama digunakan untuk berbagai aplikasi yang membutuhkan ketahanan termal dan kekuatan mekanis. Berdasarkan skala Mohs, tingkat kekerasannya berada di antara alumina dan berlian; selain itu, bahan ini digunakan pada komponen tahan aus seperti perkakas potong dan roda gerinda; serta digunakan sebagai bahan abrasif dengan sifat tahan aus untuk komponen tahan aus seperti perkakas potong dan roda gerinda; digunakan sebagai bahan tahan api dan keramik karena ketahanannya terhadap panas, laju ekspansi termal yang rendah, serta stabilitas kimia yang baik, dan juga dalam bidang elektronik karena sifat semikonduktornya.

Industri energi dan tenaga listrik juga menjadi pendorong utama pertumbuhan pasar silikon karbida. Perangkat tenaga berbasis silikon karbida memiliki kerugian switching yang lebih rendah dibandingkan perangkat sejenis yang terbuat dari silikon, sehingga meningkatkan efisiensi dan efektivitas sekaligus tetap lebih ringan dan lebih kecil, yang memungkinkan perangkat tersebut digunakan dalam berbagai aplikasi.

Sejumlah vendor di industri silikon karbida sedang memperluas kapasitas produksinya sebagai respons terhadap meningkatnya permintaan, sebagaimana ditunjukkan oleh pembukaan fasilitas fabrikasi silikon karbida yang diperluas oleh ON SEMICONDUCTOR CORPORATION di Republik Ceko pada tahun 2022 untuk mendukung ekspansi industri chip lokal. Para pemasok juga berfokus pada strategi pertumbuhan organik dan anorganik, seperti Fasilitas Fabrikasi Silikon Karbida Mohawk Valley milik WOLFSPEED di New York yang diluncurkan pada April 2022 – fasilitas ini akan memainkan peran penting dalam transisi menjauh dari perangkat daya silikon pada aplikasi otomotif, industri, dan transportasi.

Produksi SiC dapat bersifat kompleks dan sangat bervariasi tergantung pada aplikasinya; Acheson menjadi pelopor metode pada tahun 1891 untuk membuat kristal SiC murni dengan menggunakan pasir silika murni yang dicampur dengan bahan karbon seperti kokas minyak bumi untuk membentuk sinter, yang kemudian dipanaskan dalam tungku listrik. Sebuah konduktor karbon berfungsi sebagai elektroda yang mengelilingi campuran ini, yang memicu reaksi kimia antara silikon dalam pasir dan karbon dari kokas minyak bumi sehingga menghasilkan kristal SiC.

Elkem Processing Services (EPS), yang merupakan bagian dari divisi Silicon Carbide di Elkem Chemical, memproduksi wafer dan produk sinter yang disesuaikan dengan spesifikasi pelanggan untuk komponen elektronik. Tim khusus mereka menyediakan dukungan layanan pelanggan yang lengkap serta saran teknis terkait pengembangan produk.