Karbid kremíka - katalyzátor technologického pokroku

Karbid kremíka (SiC) je základnou súčasťou mnohých elektronických zariadení. SiC, ktorý sa skladá z oxidu kremičitého z piesku a uhlíka z uhlia, má výnimočnú kombináciu vlastností vďaka svojmu osobitnému usporiadaniu kryštálov, ktoré mu prepožičiava jedinečné fyzikálne vlastnosti.

SiC sa od kremíka odlišuje vynikajúcimi fyzikálnymi a elektrickými vlastnosťami, vďaka ktorým je vhodný na vysokonapäťové aplikácie a iné výkonné polovodičové zariadenia.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Dosky z karbidu kremíka (SiC) nielenže odolávajú vysokým teplotám, ale majú aj vynikajúce elektrické vlastnosti, čo z nich robí ideálny materiál pre energetické aplikácie. Ich nízky odpor pri zapnutí a celkový náboj hradla im umožňujú rýchlejšie prepínanie ako iným polovodičom.

Polovodičová štruktúra SiC so širokou pásmovou medzerou a nízkym poklesom napätia v priamom smere umožňuje absorbovať viac prúdu s minimálnymi stratami, čo z neho robí dobrú voľbu pre aplikácie vyžadujúce vysokú energetickú účinnosť a rýchlu obnovu. Okrem toho jeho tvrdá odolnosť voči žiareniu znamená, že dokáže odolávať teplotám presahujúcim jeho kapacitné limity.

Na rozdiel od kremíka, ktorý sa používa vo väčšine elektroniky, má SiC vyššiu elektrickú vodivosť a pracuje pri vyšších teplotách. Vďaka tomu je vhodný pre vysokonapäťovú/výkonovú elektroniku, ktorú potrebujú siete 5G a elektrické vozidlá.

SiC doštičky môžu byť zložené z porézneho alebo hustého materiálu v závislosti od vašich požiadaviek. Porézny SiSiC sa vytvára reakciou uhlíkových surovín s roztaveným kremíkom v inertnom prostredí, zatiaľ čo plne zhutnená keramika sa môže vyrábať technikou suchého tvárnenia alebo odlievania; obe metódy ponúkajú vynikajúce chemické a mechanické vlastnosti pri teplotách konečného použitia, ktoré dosahujú viac ako 1 400 stupňov Celzia.

SiC doštičky sú základnými komponentmi pri výrobe výkonových a mikrovlnných rádiofrekvenčných zariadení vrátane polovodičových diód. Výrobné techniky pre SiC doštičky siahajú od chemického naparovania až po monitorovanie kryštalografickej dokonalosti, ako aj špecifické mechanické tolerancie, ktoré musia spĺňať prísne úrovne čistoty pre vysokokvalitné doštičky.

Vysokonapäťová odolnosť

Karbid kremíka je schopný odolávať vysokým napäťovým prúdom a teplotám bez poškodenia a je veľmi tvrdý a odolný - ideálny pre zariadenia výkonovej elektroniky. Ich rýchle spínacie rýchlosti umožňujú výrobcom vytvárať výkonné moduly so zníženým výkonom.

Karbid kremíka sa môže pochváliť širokou pásmovou medzerou, ktorá umožňuje elektrónom prechádzať voľnejšie ako iné polovodičové materiály, vďaka čomu sa ideálne hodí na vysokonapäťové aplikácie, ako je napríklad elektrické vozidlo. Okrem toho jeho vyššia intenzita prierazného poľa znamená, že zvládne vyššie prúdy a teploty ako bežné kremíkové čipy.

Dopyt po kremíkových karbidových doštičkách prudko vzrástol vďaka rýchlo sa rozširujúcemu používaniu elektrických vozidiel (EV) a 5G. Obe zariadenia si vyžadujú vysoko výkonné substrátové materiály, ktoré odolávajú teplu, vysokému napätiu a frekvenciám; túto funkciu plnia najmä kremíkovo-karbidové doštičky, ktoré sa primárne používajú ako substrátový materiál pre integrované obvody (IC) a diskrétne zariadenia, ktoré si vyžadujú tvrdosť a odolnosť, ale ich výroba je nákladná.

Výroba karbidu kremíka zahŕňa viacero krokov: prípravu surovín, rast epitaxnej vrstvy a výrobu zariadenia. Surový materiál sa zvyčajne pripravuje pomocou fyzikálneho prenosu pár (PVT), pričom neskôr sa na ňom pestujú epitaxiálne vrstvy na vytvorenie zariadení vhodných na túto výrobu. Ide o náročný a komplexný proces, ktorý si vyžaduje moderné vybavenie. Okrem toho je pre úspešnú priemyselnú výrobu rozhodujúci výber vhodných surovín.

Vysokofrekvenčná odolnosť

Karbid kremíka sa stáva čoraz populárnejším vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu a trvanlivosti, pretože sa vyznačuje vyššou odolnosťou ako iné polovodičové substráty, ako je kremík alebo arzenid gália (GaAs). Karbidové doštičky možno nájsť všade, od fotovoltaických článkov a napájacích zdrojov pre elektrické vozidlá až po fotovoltaické články a napájacie zdroje používané s fotovoltaickými článkami; navyše ich nízka frekvenčná odolnosť ich robí vhodnými pre vysokorýchlostné tranzistory.

Kremík a karbid kremíka sa líšia predovšetkým svojou štruktúrou. Oba materiály majú pásovú medzeru medzi valenčným a vodivostným pásom, ale v karbide kremíka je oveľa väčšia, čo umožňuje voľnejší pohyb elektrónov s vyššími spínacími frekvenciami, čo vedie k zmenšeniu veľkosti riadiacich obvodov a vyššej účinnosti.

Karbid kremíka sa môže pochváliť aj nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti, ktorý mu umožňuje odolávať prudkým výkyvom teplôt bez toho, aby sa v extrémnych podmienkach rozbil alebo praskol. Táto vlastnosť zvyšuje spoľahlivosť zariadenia v náročných podmienkach. Striedače z karbidu kremíka sa stali obľúbenou voľbou vďaka svojej schopnosti zvládnuť vyššie požiadavky na napätie z elektrických vozidiel, zatiaľ čo jeho tvrdosť a tepelná odolnosť umožňujú dlhšiu životnosť batérie a zníženú hmotnosť - výhody, ktoré zvyšujú úsporu paliva a dojazdovú vzdialenosť.

Vysoká tepelná vodivosť

Karbid kremíka sa stal neoceniteľnou hybnou silou technologických inovácií v rôznych priemyselných odvetviach. Tento polovodičový materiál zohráva zásadnú úlohu v mnohých špičkových aplikáciách, od výkonovej elektroniky až po vysokorýchlostné komunikačné systémy.

Tepelné schopnosti karbidu kremíka z neho robia vynikajúcu voľbu pre elektronické zariadenia vystavené vibráciám a extrémnym teplotám, ako sú elektrické vozidlá a infraštruktúra 5G. Karbid kremíka sa môže pochváliť aj silnou odolnosťou voči elektrickým šokom, vďaka čomu je vynikajúcou voľbou pri práci v prostredí s vysokým napätím, ako sú vibrácie. Vďaka tomu je karbid kremíka ideálny pre aplikácie vystavené vibráciám a extrémnym teplotám, ako je infraštruktúra 5G alebo závesné systémy elektrických vozidiel.

Fyzikálna odolnosť karbidu kremíka z neho robí atraktívny substrát aj na neelektronické použitie vrátane dosiek nepriestrelných viest. Okrem toho je vďaka svojej teplotnej odolnosti vhodný pre vysokoteplotné snímače používané v leteckom a automobilovom priemysle, ako aj chemickej inertnosti, ktorá odoláva zásadám alebo roztaveným soliam pri vyšších teplotách.

S vývojom polovodičového priemyslu čelia výrobcovia neustálemu tlaku na zvyšovanie výťažnosti a znižovanie nákladov. Jednoduché skrátenie času procesu alebo nákup lacnejšieho spotrebného materiálu však nepomôže - optimálne výsledky výťažnosti môže zabezpečiť len optimalizácia kvality polotovarov. Spoločnosť Pureon má rozsiahle skúsenosti s vývojom produktov na použitie v rámci tohto procesu vrátane pokročilých podložiek na plátky a leštiacich procesov, ktoré pomáhajú dosiahnuť tento cieľ.