Карбід кремнію здійснив революцію в силовій електроніці

SiC має розширену смугу пропускання, що дозволяє енергосистемам працювати при більш високих температурах, напругах і частотах без додаткових витрат на специфікацію, що призводить до зниження загальних витрат і створення більш ефективних і компактних пристроїв.

До 1929 року, коли був розроблений карбід бору, карбід кремнію був найтвердішим з відомих синтетичних матеріалів з рейтингом твердості за шкалою Мооса 9, і навіть міг зрівнятися з алмазом.

Фізичні властивості

Чудові фізичні та електричні властивості карбіду кремнію спричинили безпрецедентну революцію в силовій електроніці. Широкозонний напівпровідник, він відкриває можливості для створення меншої, швидшої та надійнішої електроніки, яка може працювати при вищих температурах, напругах і частотах, ніж їхні кремнієві аналоги.

Сонячні системи значною мірою покладаються на відбивну здатність, щоб досягти своєї високої довговічності, яка необхідна для безперервної роботи протягом багатьох років. Відбивні матеріали також використовуються як конструкційні матеріали в бронежилетах і композитній броні, а також в автомобільних деталях (гальмівні диски), блискавковідводах, абразивних матеріалах і дзеркальних матеріалах для обсерваторій.

Карбід кремнію, вперше відкритий як мінерал муассаніт у 1893 році під час вибуху метеорита в Каньйоні Діабло в Арізоні, був вперше синтезований у невеликих масштабах Едвардом Гудрічем Ачесоном у 1891 році, а пізніше Анрі Муассаном з використанням різних методів. Сьогодні його виробляють шляхом плавлення кварцового піску з джерелами вуглецю, такими як вугілля, в гранітних тиглях при високій температурі до утворення кристалів, які потім можуть осідати на графітових стрижнях при більш низьких температурах для отримання чистого карбіду кремнію, який залишається безбарвним, але коричневі або чорні промислові версії містять домішки заліза, в той час як він також може бути допований азотом або фосфором для створення напівпровідника n-типу або алюмінієм, бором або галієм для отримання напівпровідникових властивостей p-типу.

Хімічні властивості

Карбід кремнію (SiC) виробляється синтетично з кінця 19-го століття і широко використовується як абразивний матеріал у наждачному папері та шліфувальних кругах. Однак останнім часом SiC знову став використовуватися як важливий технологічний матеріал завдяки своїм надзвичайним тепловим та електричним властивостям.

SiC, що складається з атомів кремнію і вуглецю, з'єднаних у гексагональну кристалічну решітку, має сильні фізичні характеристики: низьке теплове розширення, стійкість до термічних ударів і широкозонні напівпровідникові властивості, які дозволяють електронам легше рухатися між його атомами, ніж у кремнії, що робить його чудовим матеріалом для електронних застосувань.

SiC нерозчинний у воді та спирті, але розчинний у плавлених лугах і розплавлених солях; його стійкість до окислення при високих температурах робить його негорючим і нетоксичним; однак тривалий вплив може призвести до прогресуючого збільшення легень, що спричиняє прогресуючий фіброз легень, що призводить до прогресуючого фіброзу легень, що призводить до прогресуючого збільшення легень; він був внесений до списку IARC як можливий канцероген для людини.

Механічні властивості

Карбід кремнію - один з найлегших і найтвердіших матеріалів з усіх відомих. Він витримує стирання, ерозію та корозію, що робить його оптимальним для використання на хімічних заводах, млинах, розширювачах та форсунках.

Цей матеріал надзвичайно твердий, жорсткий, має низьке теплове розширення і зберігає міцність при температурі до 1 400 градусів за Цельсієм. Крім того, він вирізняється серед сучасних керамічних матеріалів високою стійкістю до кислот і лугів.

Сучасне застосування карбіду кремнію sic для силової електроніки має широкий спектр і допомагає прискорити декарбонізацію, підвищуючи ефективність електродвигунів, збільшуючи таким чином відстань пробігу при одночасному зменшенні розмірів і ваги систем керування акумуляторами. Карбід кремнію Sic також пропонує виняткову якість, надійність та ефективність, що робить його використання привабливою альтернативою таким металам, як нікель.

Електричні властивості

Карбід кремнію знайшов широке застосування в силовій електроніці та як заміна традиційним кремнієвим пристроям завдяки швидкому часу перемикання та вищій блокувальній напрузі, а також широкій смузі пропускання, що дозволяє електронним схемам працювати швидше при вищих температурах, залишаючись при цьому більш надійними, ніж їх кремнієві аналоги.

Електричні властивості карбіду кремнію можуть бути змінені шляхом легування його домішками. Домішки зазвичай заповнюють вакантні ділянки кристалічної решітки в його первинній кристалічній структурі; їхня енергія активації варіюється залежно від політипу.

В результаті унікального атомного розташування між атомами кремнію та вуглецю в кристалічній структурі, кожен політип SiC демонструє відмінні напівпровідникові характеристики. Як показано в наступній таблиці, що містить деякі основні електричні властивості для 3C, 4H і 6H SiC при кімнатній температурі, вони сильно залежать від кристалографічного напрямку протікання струму, а також від прикладених електричних полів (тобто неізотропні).