전력 전자 분야의 혁신을 주도하는 실리콘 카바이드

SiC는 밴드갭이 넓어 전력 시스템이 더 높은 온도, 전압 및 주파수에서 추가 BOM 비용 없이 작동할 수 있어 전체 비용을 낮추고 더 효율적이고 더 작은 장치를 만들 수 있습니다.

탄화규소는 1929년 탄화붕소가 개발될 때까지만 해도 모스 경도 9로 알려진 가장 단단한 합성 물질이었으며 다이아몬드와 거의 비슷할 정도로 단단했습니다.

물리적 속성

실리콘 카바이드의 놀라운 물리적, 전기적 특성은 전력 전자 분야에서 전례 없는 혁명을 불러일으키고 있습니다. 와이드 밴드갭 반도체인 탄화규소는 실리콘보다 더 높은 온도, 전압, 주파수를 처리할 수 있는 더 작고, 더 빠르고, 더 안정적인 전자기기를 만들 수 있는 기회를 제공합니다.

태양계는 한 번에 수년 동안 지속적으로 작동하기 위해 필요한 높은 수명을 달성하기 위해 반사율에 크게 의존합니다. 반사율은 방탄 조끼와 복합 갑옷, 자동차 부품(브레이크 디스크), 피뢰기, 연마제, 천문대 거울 재료의 구조 재료로도 사용됩니다.

1893년 애리조나주 캐년 디아블로 운석 폭발 당시 모이사나이트 광물로 처음 발견된 실리콘 카바이드는 1891년 에드워드 굿리치 애치슨에 의해 소규모로 처음 합성되었고, 이후 앙리 모이산이 다양한 기술을 사용하여 합성했습니다. 오늘날에는 화강암 도가니에서 석탄과 같은 탄소원과 함께 규사를 고온에서 녹여 결정이 형성될 때까지 녹인 다음 저온에서 흑연 막대에 증착하여 무색이지만 철 불순물이 포함된 갈색 또는 검은색 산업용 버전의 순수한 실리콘 카바이드를 생산하며, 질소나 인을 도핑하여 n형 반도체를 만들거나 알루미늄, 붕소 또는 갈륨을 도핑하여 p형 반도체 특성을 얻을 수 있습니다.

화학적 특성

탄화규소(SiC)는 19세기 후반부터 합성으로 생산되어 사포와 연마 휠의 연마 재료로 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 최근 SiC는 뛰어난 열적, 전기적 특성으로 인해 필수적인 기술 소재로 새롭게 사용되고 있습니다.

실리콘과 탄소 원자가 육각형 결정 격자로 결합된 SiC는 열팽창이 적고 열 충격에 강하며 전자가 실리콘보다 원자 사이를 더 쉽게 이동할 수 있는 넓은 밴드갭 반도체 특성 등 강력한 물리적 특성을 가지고 있어 전자 애플리케이션에 탁월한 소재입니다.

SiC는 물과 알코올에는 불용성이지만 용융 알칼리 및 용융 염에는 용해되며 고온에서 산화에 강해 불연성 및 독성 흄이 없지만 장기간 노출될 경우 폐의 점진적 섬유화를 유발해 점진적 폐 비대증을 초래할 수 있으며 IARC에서 인체 발암 가능 물질로 지정한 물질입니다.

기계적 특성

실리콘 카바이드는 지금까지 알려진 가장 가볍고 단단한 소재 중 하나입니다. 마모, 침식, 부식에 강해 화학 공장, 공장, 확장기 및 노즐에 최적으로 사용할 수 있습니다.

이 소재는 매우 단단하고 뻣뻣하며 열팽창이 적고 1,400degC의 높은 온도에서도 강도를 유지합니다. 또한 산과 알칼리에 대한 내성이 뛰어나 첨단 세라믹 소재 중에서도 단연 돋보입니다.

현재 전력 전자장치에 사용되는 탄화규소 응용 분야는 매우 다양하며, 전기 모터 효율을 개선하여 주행 거리를 늘리는 동시에 배터리 관리 시스템의 크기와 무게를 줄여 탈탄소화를 가속화하는 데 도움이 됩니다. 또한 실리콘 카바이드는 뛰어난 품질, 신뢰성, 효율성을 제공하여 니켈과 같은 금속을 대체할 수 있는 매력적인 소재입니다.

전기적 특성

탄화규소는 빠른 스위칭 시간과 높은 차단 전압 성능, 넓은 밴드갭으로 인해 전자 회로를 더 높은 온도에서 더 빠르게 작동시키면서도 실리콘보다 신뢰성을 유지할 수 있어 전력 전자 애플리케이션과 기존 실리콘 장치를 대체하는 데 광범위하게 사용되고 있습니다.

실리콘 카바이드의 전기적 특성은 불순물을 도핑하여 변경할 수 있습니다. 도펀트는 일반적으로 깨끗한 결정 구조 내의 빈 격자 부위를 채우며, 활성화 에너지는 폴리타입에 따라 다릅니다.

결정 구조에서 실리콘과 탄소 원자 사이의 독특한 원자 배열로 인해 각 폴리타입의 SiC는 뚜렷한 반도체 특성을 나타냅니다. 상온에서 3C, 4H, 6H SiC의 주요 전기적 특성이 포함된 다음 표에서 볼 수 있듯이, 이러한 특성은 결정학적 전류 흐름 방향과 적용된 전기장(즉, 비등방성)에 따라 크게 달라집니다.