Разберете миналия живот на силициевия карбид!

Силициевият карбид (SiC) се топи при висока температура в съпротивителна пещ, използвайки кварцов пясък, нефтен кокс (или въглищен кокс) и дървесен чипс като суровини. Силициевият карбид също съществува в природата като рядък минерал, моасанит. Силициевият карбид се нарича още моасанит. Сред съвременните безоксидни високотехнологични огнеупорни суровини като C, N и B, силициевият карбид е най-широко използваният и икономичен. Може да се нарече шмиргел или огнеупорен пясък.

1. Миналият и настоящ живот на силициевия карбид
Благодарение на своите стабилни химични свойства, висока топлопроводимост, малък коефициент на топлинно разширение и добра устойчивост на износване, силициевият карбид има много други приложения освен като абразив, като например нанасяне на прах от силициев карбид със специален процес върху вътрешната стена на турбинно работно колело или цилиндров блок, може да подобри устойчивостта си на износване и да удължи експлоатационния си живот от 1 до 2 пъти; усъвършенстваният огнеупорен материал, изработен от него, е устойчив на термичен удар, малък по размер, лек на тегло, висока якост и има добър енергоспестяващ ефект. Нискокачественият силициев карбид (съдържащ около 85% SiC) е отличен деоксидант. Може да ускори производството на стомана, да улесни контрола на химическия състав и да подобри качеството на стоманата. В допълнение, силициевият карбид също се използва широко в производството на пръти от силициев карбид за електрически нагревателни елементи.
Силициевият карбид е много твърд, с твърдост по Моос от 9,5, на второ място след най-твърдия диамант в света (ниво 10). Има отлична топлопроводимост, е полупроводник и може да устои на окисляване при високи температури.

2. Предимства на устройствата от силициев карбид
Силициевият карбид (SiC) в момента е най-зрелият широколентов полупроводников материал. Страните по света отдават голямо значение на изследванията на SiC и са инвестирали много човешки и материални ресурси в активно развитие. Съединените щати, Европа, Япония и т.н. са не само Съответни изследователски планове са формулирани на национално ниво, а някои международни електронни гиганти също са инвестирали сериозно в разработването на полупроводникови устройства от силициев карбид.
В сравнение с обикновения силиций, компонентите, използващи силициев карбид, имат следните характеристики:

Характеристики на високо напрежение:
Устройствата със силициев карбид са 10 пъти по-високи от съпротивлението на напрежение от еквивалентните силициеви устройства.
Съпротивлението на напрежението на тръбите от силициев карбид на Шотки може да достигне 2400 V.
Тръбите със силициев карбид с ефект на полето могат да издържат на напрежение от десетки хиляди волта и тяхното съпротивление във включено състояние не е много голямо.

Високочестотни характеристики:

Високотемпературни характеристики:
Днес, когато Si материалите са близо до теоретичната граница на производителност, SiC захранващите устройства винаги са били разглеждани като "идеални устройства" и са силно очаквани поради тяхното високо издържано напрежение, ниски загуби, висока ефективност и други характеристики. Въпреки това, в сравнение с предишните устройства от SiC материал, балансът между производителността и цената на SiC захранващите устройства и тяхното търсене на високи технологии ще се превърне в ключ към това дали SiC захранващите устройства наистина могат да станат популярни.

Понастоящем устройствата от силициев карбид с ниска мощност са навлезли в практическия етап на производство на устройства от лабораторията. Понастоящем цената на пластините от силициев карбид е все още сравнително висока и те също имат много дефекти. Чрез непрекъснато изследване и развитие се очаква устройствата от силициев карбид да доминират на пазара на захранващи устройства около 2010 г. Но това не е така.

3. Каква е настоящата ситуация на развитие на устройствата от силициев карбид?
1. Технически параметри: Например, напрежението на диода на Шотки се увеличава от 250 волта до повече от 1,000 волта, площта на чипа е по-малка, но токът е само няколко десетки ампера. Работната температура е повишена до 180 градуса, което е далеч от въвеждането на 600 градуса. Падът на напрежението е още по-незадоволителен, не се различава от силициевия материал и високият спад на напрежението трябва да достигне 2V.
2. Пазарна цена: около 5 до 6 пъти по-висока от тази на производството на силициев материал.

4. Какви са трудностите при разработването на силициев карбид (SiC ) устройства?Проблемът при разработването на устройства със силициев карбид не е принципният дизайн на чипа, особено дизайнът на структурата на чипа. Не е трудно да се реши. Трудността се състои в реализирането на производствения процес на структурата на чипа. Примерите са както следва: 1. Плътност на микротръбните дефекти на пластини от силициев карбид. 2. Ефективността на епитаксиалния процес е ниска. 3. Процесът на допинг има специални изисквания.

4. Производство на омичен контакт. 5. Температурна устойчивост на поддържащите материали.

Горното са само няколко примера, не всички. Все още има много проблеми с процеса, които нямат идеални решения, като процеса на изкопаване на повърхността на полупроводниковия силициев карбид, процеса на пасивиране на терминала и въздействието на състоянието на интерфейса на оксидния слой на затвора върху дългосрочната стабилност на MOSFET устройствата от силициев карбид. Постигнала ли е индустрията все още консенсус? Последователните заключения и т.н. силно възпрепятстваха бързото развитие на силовите устройства от силициев карбид.

5. Преглед на развитието на основните области на приложение на силициев карбид

В момента третото поколение полупроводникови материали предизвиква революция в чистата енергия и ново поколение електронни информационни технологии. Независимо дали става въпрос за осветление, домакински уреди, оборудване за потребителска електроника, нови енергийни превозни средства, интелигентни мрежи или военни доставки, тези високопроизводителни полупроводници са материали с голямо търсене. Според развитието на трето поколение полупроводници, основните му приложения са полупроводниково осветление, силови електронни устройства, лазери и детектори и четири други области.
1. Полупроводниково осветление
Сред четирите области на приложение индустрията за полупроводниково осветление се разви най-бързо и формира индустриален мащаб от десетки милиарди долари.
2. Силови електронни устройства
В областта на силовата електроника прилагането на широколентови полупроводници току-що започна и размерът на пазара е само няколкостотин милиона щатски долара. Приложението му е съсредоточено главно в областта на военното авангардно оборудване и постепенно се разширява към цивилната област.
3. Лазери и детектори
В областта на лазерните и детекторни приложения, базираните на GaN лазери могат да покрият широк спектър и да реализират производството на сини, зелени и ултравиолетови лазери и ултравиолетово откриване.
4. Други приложения
В областта на авангардни изследвания полупроводниците с широка ширина на лентата могат да се използват в слънчеви клетки, биосензори, среди за производство на водород на водна основа и други нововъзникващи приложения. В момента тези горещи зони все още са в етап на лабораторни изследвания и разработки.