Karbid kremíka

Dopravky z karbidu kremíka sa používajú ako substráty vo výkonových elektronických zariadeniach, ako sú diódy a MOSFETy, pričom sa vyznačujú vynikajúcou tvrdosťou, stabilitou pri pôsobení tepla a napätia a nereaktivitou z hľadiska odolnosti voči oxidácii. Sú k dispozícii v priemeroch 100 mm a 150 mm.

Tieto substráty zároveň poskytujú ochranu pred tepelným šokom spôsobeným náhlymi zmenami teploty, pričom vďaka nízkej koeficientu tepelnej rozťažnosti sú vhodné pre malé zariadenia a umožňujú umiestniť väčší počet tranzistorov na jeden čip.

Vysoko výkonný polovodič

Karbid kremíka je mimoriadne univerzálny polovodičový materiál, ktorý sa dokonale hodí na použitie vo všetkých druhoch aplikácií výkonovej elektroniky. Vďaka širokej šírke zakázaného pásma a vysokému prahu prerušenia karbid kremíka pri správnom použití prináša výrazné zvýšenie účinnosti.

Dopravky z karbidu kremíka (SiC) sú kľúčovými komponentmi pre efektívne výkonové elektronické zariadenia, ktoré poskytujú bezkonkurenčnú odolnosť pri vysokých teplotách a v extrémnych podmienkach prostredia. Ich vynikajúca tepelná vodivosť tiež umožňuje odvod tepla počas prevádzky, vďaka čomu je SiC vynikajúcou voľbou pre náročné výkonové aplikácie.

Substráty z karbidu kremíka ponúkajú v porovnaní s bežnejšie používanými materiálmi, ako sú kremík a zafír, mnoho výhod, medzi ktoré patrí aj ich tvrdosť. Okrem toho tieto nereaktívne substráty nereagujú s kyselinami, zásadami ani roztavenými soľami pri vysokých teplotách a vyznačujú sa nízkou mierou tepelnej rozťažnosti a odolnosťou voči tepelným šokom, čo prispieva k ich húževnatosti.

Kvalitu SiC doštičiek možno posudzovať na základe faktorov, ako sú orientácia kryštálov, drsnosť povrchu, hustota defektov a rozmery doštičky. Presné vyhodnotenie týchto faktorov pomocou pokročilých metód charakterizácie, ako je röntgenová topografia a fotoluminiscenčné mapovanie, umožňuje výrobcom sledovať výkonnosť a zároveň spĺňať priemyselné normy.

Široká energetická medzera

Polovodiče so širokou energetickou medzerou sú nevyhnutné pre napájanie budúcich generácií vysokovýkonných elektronických zariadení. Vďaka svojim výnimočným vlastnostiam – medzi ktoré patria široké energetické medzery, vysoké prierazné elektrické polia a vynikajúca tepelná vodivosť – sú skvelou voľbou pre aplikácie v oblasti výkonovej elektroniky a vysokofrekvenčných (RF) technológií.

Energetická medzera materiálu je energetická bariéra oddeľujúca jeho valenčné a vodivé pásma a určuje, či je materiál schopný zosilňovať alebo spínať elektronické signály a elektrickú energiu.

Karbid kremíka je najčastejšie používaný polovodičový materiál so širokou energetickou medzerou. Široko sa využíva v aplikáciách s rádiovými frekvenciami (RF) a vo vysokorýchlostných tranzistoroch pracujúcich pri vyšších napätiach a teplotách, ako aj v systémoch na konverziu energie, ktoré tvoria neoddeliteľnú súčasť systémov obnoviteľných zdrojov energie a infraštruktúry elektrickej siete.

Vďaka širokej energetickej medzere SiC môžu tieto polovodiče pracovať pri vyšších napätiach s nižšími stratami, čo znamená, že pri zvyšovaní prenosovej rýchlosti a frekvencie v komunikačných systémoch dochádza k menším stratám energie. SiC sa tak stáva jednou z najsľubnejších technológií pre budúcnosť elektroniky, energetickú účinnosť a udržateľnosť.

Vysoká tepelná vodivosť

Karbid kremíka sa široko využíva pri výrobe elektronických zariadení pre rôzne účely. Tento materiál sa vyznačuje vysokou vodivosťou a odolnosťou voči tepelným šokom – vďaka týmto vlastnostiam je obzvlášť vhodný pre zariadenia pracujúce pri vysokých teplotách alebo napätiach.

Vďaka svojej odolnosti a chemickej inertnosti je tento materiál ideálny. Nereaguje s kyselinami ani zásadami a vydrží teploty až do 2700 °C bez toho, aby sa roztavil. Okrem toho mu jeho energetická medzera umožňuje odolávať elektromagnetickým rušeniam a žiareniu.

Dopravky z karbidu kremíka (SiC) sú základnými prvkami moderných elektronických zariadení. Vyrábajú sa z monokryštalických ingotov zložených z vysoko čistého zafíru, germánia alebo kremíka, ktoré sa následne pomocou presných píl rozrezávajú na dopravky určené na výrobu – Doštičky 4H-SiC a 6H-SiC sú obzvlášť obľúbené vďaka svojej vyššej pohyblivosti elektrónov a širšej šírke zakázaného pásma – medzi ich aplikácie patrí optika s krátkou vlnovou dĺžkou, vysokoteplotné polovodiče a aplikácie v oblasti výkonovej elektroniky.

Nízky odpor v zapnutom stave

Dopravky z karbidu kremíka (SiC) tvoria základ najmodernejšej technológie výkonových polovodičov a sú nevyhnutné pre aplikácie v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, elektrických vozidiel a leteckého a kozmického priemyslu. Výroba dopraviek z SiC je však, žiaľ, náročný a zložitý proces.

Karbid kremíka sa od kremíka líši širšou šírkou zakázaného pásma, čo znamená, že elektróny majú väčšie ťažkosti s prechodom z valenčného pásma do vodivého pásma a naopak. Vďaka tomuto rozdielu sú substráty z karbidu kremíka odolné voči silnejším elektrickým poliam.

Dopravky z karbidu kremíka sa vyznačujú nízkym odporom v zapnutom stave a sú dostatočne odolné na to, aby vydržali aj v tých najnáročnejších podmienkach, vďaka čomu sú ideálne pre vysokoteplotné aplikácie, ako sú meniče v elektrických vozidlách a priemyselné zariadenia.

Výrobcovia, ktorí na výrobu SiC doštičiek používajú leštiace suspenzie na chemickej báze a leštiace podložky z plsti alebo impregnované polyuretánom, využívajú leštiace suspenzie s polyuretánomimpregnované leštiace podložky na odstránenie poškodenia oxidovej vrstvy na povrchu substrátov a následne po leštení nanášajú ochrannú vrstvu z polyuretánu alebo nitridu kremíka, aby sa dosiahol hladký povrch substrátu a aby sa zabránilo ďalšiemu poškodeniu počas ďalších krokov spracovania. Pomocou zariadení na spracovanie jednotlivých doštičiek dokážu vyrobiť až desať 150 mm doštičiek, avšak obmedzenia výrobnej kapacity obmedzujú výrobné kapacity na trhu.

Vysoká tvrdosť

Dopravky z karbidu kremíka (SiC) sú kľúčové pre rozvoj mnohých technológií, na ktoré sa dnes spoliehame, od výkonovej elektroniky až po siete 5G. SiC má potenciál transformovať rôzne aplikácie v oblasti polovodičov.

SiC je zložený polovodič pozostávajúci z atómov kremíka a uhlíka, ktoré sú navzájom spojené do inovatívnej kryštálovej štruktúry nazývanej tetraedrická väzbová konfigurácia, čo vedie k rôznym jedinečným fyzikálnym vlastnostiam. Po prvýkrát bol komerčne vyrobený v roku 1893 ako priemyselný brúsny materiál a odvtedy sa jeho využitie rozšírilo na množstvo polovodičových aplikácií, vrátane Schottkyho diód (ako diód s prechodovou bariérou, tak aj diód bez prechodovej bariéry), spínačov a tranzistorov s poľovým efektom na báze oxidu kovu a polovodiča.

Na rozdiel od tradičných kremíkových doštičiek ponúka karbid kremíka vynikajúcu odolnosť proti oxidácii a chemickú inertnosť a zároveň disponuje vysokou mechanickou pevnosťou – je to jediný polovodičový materiál, ktorý je schopný odolávať podmienkam vo vesmíre, ako sú extrémne teploty a úrovne žiarenia.

Výroba vysokokvalitnej SiC doštičky začína vytvorením hladkého povrchu s nízkou drsnosťou. Chemicko-mechanické leštenie (CMP), ktoré predstavuje záverečný krok vo výrobe doštičiek, slúži na prípravu substrátu pre epitaktický rast, pričom spôsobuje len minimálne zmeny tvaru doštičky.