Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un composto cristallino di silicio e carbonio utilizzato fin dal XIX secolo in applicazioni diverse come carta vetrata, mole, utensili da taglio e persino rivestimenti di forni industriali. Inoltre, il SiC pu\u00f2 essere utilizzato come componente resistente all'usura in pompe e motori a razzo.<\/p>\n
Il SiC pu\u00f2 agire sia come isolante che come semiconduttore, a seconda di come la struttura cristallina \u00e8 stata alterata con l'aggiunta di impurit\u00e0 nella sua struttura cristallina; questo processo \u00e8 noto come drogaggio.<\/p>\n
Il carburo di silicio \u00e8 un materiale ceramico con propriet\u00e0 che lo rendono sia un isolante elettrico che un semiconduttore, a seconda dell'aggiunta di impurit\u00e0 o droganti. La versatilit\u00e0 del carburo di silicio lo rende un prezioso strumento industriale utilizzato in molti campi di applicazione.<\/p>\n
Le applicazioni ad alta intensit\u00e0 energetica che devono operare ad alte temperature, come turbine e sistemi di riscaldamento, beneficiano della sua superiore conducibilit\u00e0 termica. Inoltre, la sua robustezza fisica e la sua durezza lo rendono adatto all'uso in utensili da taglio come le mole. Inoltre, il suo ampio bandgap gli consente di gestire tensioni e frequenze pi\u00f9 elevate rispetto ai dispositivi tradizionali a base di silicio.<\/p>\n
La presente invenzione riguarda materiali ceramici in carburo di silicio sinterizzato con resistivit\u00e0 elettrica estremamente elevata (fino a circa 108 ohm cm), prodotti con processi di sinterizzazione e utilizzati come substrati per circuiti integrati.<\/p>\n
Per raggiungere questo obiettivo, gli inventori hanno utilizzato un processo di pressatura a caldo per produrre un corpo di carburo di silicio sinterizzato con particelle submicroniche di carburo di silicio in fase beta distribuite uniformemente in una matrice non porosa di azoto a temperature prossime ai 2.000deg C per la produzione di carburo di silicio sinterizzato. Il materiale risultante ha mostrato un'elevata resistivit\u00e0 elettrica e un basso coefficiente di espansione lineare simile a quello del silicio.<\/p>\n
I corpi di carburo di silicio sinterizzati, prodotti mediante sinterizzazione senza pressione, presentano resistivit\u00e0 elettriche inferiori a quelle necessarie per i substrati dei circuiti integrati e conduttivit\u00e0 termiche significativamente inferiori rispetto alle loro controparti, i materiali SiC a cristallo singolo.<\/p>\n
Gli inventori hanno scoperto che il carburo di silicio sinterizzato contenente quantit\u00e0 significative di boro presenta una resistivit\u00e0 elettrica molto elevata. Per valutare questa relazione tra la concentrazione di portatori n e la costante dielettrica specifica es, hanno condotto diversi campioni sperimentali in cui BeO e altri droganti elementari delle famiglie Va e Vb con valenza ionica +5 sono stati aggiunti a miscele di particelle di polvere di carburo di silicio prima della sinterizzazione.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 uno dei materiali pi\u00f9 duri disponibili e presenta un modulo di Young straordinariamente elevato, superiore a 400 GPa, che gli consente di resistere a pressioni e temperature estreme. Il SiC \u00e8 anche uno dei materiali ceramici pi\u00f9 leggeri e isolanti; \u00e8 in grado di resistere alla corrosione, all'usura da abrasione ed erosione e all'usura da attrito, oltre a possedere un'eccellente conducibilit\u00e0 termica e propriet\u00e0 di bassa espansione termica quando viene utilizzato come materiale isolante elettrico.<\/p>\n
Il carburo di silicio \u00e8 un cristallo a legame covalente e il suo singolo cristallo ha una conducibilit\u00e0 termica relativamente elevata, mentre allo stato sinterizzato questo numero diminuisce a causa della diffusione dei fononi ai confini dei grani cristallini, creando strati di deplezione di portatori all'interno di ciascun grano cristallino su entrambi i lati di ciascun confine, inibendo cos\u00ec il flusso di calore.<\/p>\n
La presente invenzione prevede la creazione di un isolante in carburo di silicio con propriet\u00e0 migliorate, combinando un materiale semiconduttore di tipo p con un corpo sinterizzato di SiC. L'isolante comprende carburo di silicio come costituente primario e un elemento che fornisce propriet\u00e0 di isolamento elettrico (BN o Be), come l'aumento della concentrazione di portatori di 5\u00d71017 cm-3 o meno su entrambi i lati del confine di grano allo stato sinterizzato, fornendo elevate propriet\u00e0 di isolamento elettrico.<\/p>\n
Dopando il carburo di silicio con alluminio, boro o gallio si ottengono materiali semiconduttori di tipo p che possiedono propriet\u00e0 di semiconduttivit\u00e0. Gli isolanti contenenti questo carburo di silicio di tipo p presentano una bassa resistivit\u00e0 elettrica e un'elevata conducibilit\u00e0 termica per ottenere il massimo effetto.<\/p>\n
La presente invenzione riguarda un isolante che pu\u00f2 essere utilizzato per supportare elementi semiconduttori, come un resistore, un target di sputtering o un resistore a film sottile. Non solo possiede eccellenti propriet\u00e0 elettriche e termiche, ma vanta anche un valore di costante dielettrica estremamente basso. Inoltre, la sua produzione a collo stretto consente un'elevata densit\u00e0 di corrente senza superare i limiti termici del materiale del substrato.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un materiale eccezionale con superbe propriet\u00e0 termiche. Con un basso coefficiente di espansione termica e una resistenza alla fessurazione quando \u00e8 esposto a temperature elevate, il SiC \u00e8 in grado di dissipare efficacemente il calore - una caratteristica essenziale quando viene utilizzato in applicazioni che richiedono un'elevata efficienza termica. Inoltre, il SiC vanta una grande capacit\u00e0 termica specifica, che gli consente di assorbire grandi quantit\u00e0 di energia prima di iniziare il processo di espansione.<\/p>\n
L'espansione termica del carburo di silicio dipende dalla temperatura e dalla struttura cristallina, il che pu\u00f2 influire sulle sue prestazioni e sulla sua durata. Per garantire che i componenti in carburo di silicio possano funzionare in modo affidabile anche in condizioni ambientali avverse, \u00e8 fondamentale comprendere la sua dipendenza dalla temperatura.<\/p>\n
Anche la composizione pu\u00f2 influire sull'espansione termica del carburo di silicio; l'ossido di berillio (BeO) aiuta a sopprimere la dispersione dei fononi ai confini dei grani, determinando una minore espansione termica rispetto al silicio puro e portando a coefficienti di espansione termica (CTE) pi\u00f9 bassi rispetto a quelli che si verificano quando si opera in condizioni di forte stress meccanico. Questo fattore \u00e8 particolarmente significativo per i dispositivi a semiconduttore ad alta potenza che subiscono forti sollecitazioni meccaniche durante il funzionamento.<\/p>\n
La resistenza alla corrosione e all'abrasione lo rende un eccellente materiale da costruzione, ideale per impianti chimici e mulini con temperature che raggiungono i 1.400 gradi Celsius, cos\u00ec come l'elevato modulo di Young, pari a 400 GPa, lo rende adatto ai forni ad alta pressione.<\/p>\n
La moissanite naturale \u00e8 presente solo in tracce in alcuni tipi di meteoriti e depositi di corindone, ma la maggior parte della moissanite venduta come gemma o utilizzata per rinforzare i metalli \u00e8 prodotta sinteticamente con metodi quali la deposizione a vapore di carbonio di silicio, la sinterizzazione di fibre polimeriche contenenti silicio o la cottura di rivestimenti refrattari contenenti silicio.<\/p>\n
Per migliorarne la lavorabilit\u00e0 e la resistenza alla trazione, \u00e8 stata recentemente creata una nuova formulazione di SiC che contiene meno ossido di berillio rispetto ai prodotti SiC tradizionali; \u00e8 meno fragile; ha un coefficiente di espansione termica inferiore; pu\u00f2 essere utilizzato in dispositivi di maggiore potenza; \u00e8 meno costoso da produrre rispetto al carburo di silicio puro;<\/p>\n
Il carburo di silicio \u00e8 uno dei materiali ceramici pi\u00f9 duri e leggeri, con un'eccellente resistenza alla corrosione di acidi e alcali, un'ottima conducibilit\u00e0 termica e bassi valori del coefficiente di espansione termica - qualit\u00e0 che lo rendono adatto all'uso in ambienti ad alta temperatura come i forni per metalli fusi o l'industria chimica. Inoltre, il suo elevato modulo di Young (>400 GPa) aiuta a resistere alle sollecitazioni di flessione che altrimenti distruggerebbero altre ceramiche.<\/p>\n
Il silicio ha un bandgap relativamente stretto che limita le variazioni di temperatura e di campo elettrico, fornendo il vantaggio necessario per le applicazioni di elettronica di potenza. Il silicio, il semiconduttore pi\u00f9 comunemente usato, sta raggiungendo i suoi limiti a causa della mancanza di larghezza del bandgap e di tensione di breakdown; pertanto il niobio offre un'altra possibile opzione che potrebbe superare il silicio quando applicato a temperature e campi elettrici pi\u00f9 elevati.<\/p>\n
Per massimizzare il pieno potenziale del 4H-SiC, \u00e8 necessario applicare dielettrici ad alto contenuto di k alla sua superficie tramite bersagli di sputtering al silano, al fine di diminuire la densit\u00e0 degli stati di interfaccia all'interfaccia con il carburo di silicio e i materiali dielettrici e migliorare le propriet\u00e0 elettriche dei dispositivi.<\/p>\n
Numerosi studi si sono concentrati sullo sviluppo di dielettrici ad alto coefficiente k in grado di lavorare sulla superficie di 4H-SiC. L'HfO2 e l'Y2O3 hanno dimostrato il loro valore migliorando le prestazioni elettriche grazie all'aumento del campo elettrico di breakdown, ma il loro elevato stato di interfaccia rimane un ostacolo alla piena implementazione nei dispositivi.<\/p>\n
I ricercatori di Stanford hanno ideato un metodo per creare isolanti in carburo di silicio di alta qualit\u00e0 su scala wafer utilizzando l'incisione fotochimica e la lucidatura chimica meccanica, quindi utilizzando strati di dispositivi meno drogati su uno strato sacrificale fortemente drogato prima di utilizzare l'incisione fotochimica e la lucidatura chimica meccanica per rimuoverlo utilizzando l'incisione fotochimica e la lucidatura chimica meccanica, esponendo cos\u00ec il SiC e rendendo possibili isolanti di alta qualit\u00e0 adatti ad applicazioni fotoniche quantistiche e non lineari.<\/p>\n
Anche con questi interessanti sviluppi, \u00e8 ancora troppo presto per implementare i dielettrici ad alto coefficiente k in dispositivi commerciali basati su 4H-SiC. Pertanto, sar\u00e0 necessario esplorare altri metodi per la fabbricazione di dispositivi metallo-isolante-semiconduttore su SiC fino a quando questo obiettivo non sar\u00e0 realizzato.<\/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\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=479"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":480,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/479\/revisions\/480"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=479"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=479"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=479"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}