Razumite preteklo življenje silicijevega karbida!
Jan 16, 2024
Silicijev karbid (SiC) se tali pri visoki temperaturi v uporovni peči z uporabo kremenčevega peska, naftnega koksa (ali premogovega koksa) in lesnih sekancev kot surovin. Silicijev karbid obstaja tudi v naravi kot redek mineral moissanit. Silicijev karbid se imenuje tudi moissanit. Med sodobnimi neoksidnimi visokotehnološkimi ognjevarnimi surovinami, kot so C, N in B, je silicijev karbid najbolj razširjen in ekonomičen. Lahko se imenuje smirkov pesek ali ognjevarni pesek.
1. Preteklost in sedanja življenjska doba silicijevega karbida
Zaradi svojih stabilnih kemijskih lastnosti, visoke toplotne prevodnosti, majhnega koeficienta toplotnega raztezanja in dobre odpornosti proti obrabi ima silicijev karbid veliko drugih uporab poleg uporabe kot abraziva, na primer prevleko prahu silicijevega karbida s posebnim postopkom na notranjo steno rotor turbine ali blok cilindrov, lahko izboljša odpornost proti obrabi in podaljša življenjsko dobo za 1- do 2-krat; napreden ognjevzdržni material, izdelan iz njega, je odporen na toplotne udarce, majhen, lahek, visoko močan in ima dober učinek varčevanja z energijo. Silicijev karbid nizke stopnje (ki vsebuje približno 85 % SiC) je odličen dezoksidant. Lahko pospeši proizvodnjo jekla, olajša nadzor nad kemično sestavo in izboljša kakovost jekla. Poleg tega se silicijev karbid pogosto uporablja tudi pri proizvodnji palic iz silicijevega karbida za električne grelne elemente.
Silicijev karbid je zelo trd, s trdoto po Mohsu 9,5, takoj za najtršim diamantom na svetu (stopnja 10). Ima odlično toplotno prevodnost, je polprevodnik in je odporen proti oksidaciji pri visokih temperaturah.
Tabela zgodovine silicijevega karbida
| 1905 | V meteoritu so prvič odkrili silicijev karbid |
| 1907 | Rodila se je prva kristalna svetleča dioda iz silicijevega karbida |
| 1955 | Velik preboj v teoriji in tehnologiji je LELY predlagal koncept naraščajoče visokokakovostne karbonizacije in od takrat je SiC veljal za pomemben elektronski material. |
| 1958 | Prva svetovna konferenca o silicijevem karbidu je potekala v Bostonu za akademske izmenjave |
| 1978 | V 60. in 70. letih prejšnjega stoletja je silicijev karbid raziskovala predvsem nekdanja Sovjetska zveza. Do leta 1978 je bila prvič sprejeta metoda čiščenja in rasti zrn z "izboljšano tehnologijo LELY". |
| 1987-prisoten | Na podlagi rezultatov raziskav CREE je bila vzpostavljena proizvodna linija silicijevega karbida in dobavitelji so začeli zagotavljati komercializirane baze silicijevega karbida. |
2. Prednostne lastnosti naprav iz silicijevega karbida
Silicijev karbid (SiC) je trenutno najbolj zrel širokopasovni polprevodniški material. Države po svetu pripisujejo raziskavam SiC velik pomen in so v aktiven razvoj vložile veliko delovne sile in materialnih virov. Združene države, Evropa, Japonska itd. niso le Ustrezni raziskovalni načrti so bili oblikovani na nacionalni ravni, nekateri mednarodni elektronski velikani so tudi veliko vlagali v razvoj polprevodniških naprav iz silicijevega karbida.
V primerjavi z navadnim silicijem imajo komponente, ki uporabljajo silicijev karbid, naslednje značilnosti:
Visokonapetostne lastnosti:
Naprave iz silicijevega karbida imajo 10-krat večjo napetostno upornost enakovrednih silicijevih naprav.
Napetostna upornost cevi iz silicijevega karbida Schottky lahko doseže 2400 V.
Cevi z učinkom polja iz silicijevega karbida lahko prenesejo napetosti več deset tisoč voltov, njihov upor v stanju vklopljenega stanja pa ni zelo velik.
Visokofrekvenčne značilnosti:
Visokotemperaturne lastnosti:
Danes, ko so materiali Si blizu teoretične meje zmogljivosti, so napajalne naprave SiC vedno veljale za "idealne naprave" in so zelo pričakovane zaradi svoje visoke vzdržljive napetosti, nizke izgube, visoke učinkovitosti in drugih lastnosti. Vendar pa bo v primerjavi s prejšnjimi napravami iz SiC materiala ravnotežje med zmogljivostjo in ceno napajalnih naprav SiC ter njihovim povpraševanjem po visoki tehnologiji postalo ključ do tega, ali lahko napajalne naprave SiC resnično postanejo priljubljene.
Trenutno so naprave iz silicijevega karbida z nizko porabo energije vstopile v fazo praktične proizvodnje naprav iz laboratorija. Trenutno je cena rezin iz silicijevega karbida še vedno razmeroma visoka in imajo tudi veliko napak. Z nenehnimi raziskavami in razvojem se pričakuje, da bodo naprave iz silicijevega karbida prevladovale na trgu električnih naprav do leta 2010. Vendar ni tako.
3. Kakšno je trenutno stanje razvoja naprav iz silicijevega karbida?
1. Tehnični parametri: Na primer, napetost Schottky diode se poveča z 250 voltov na več kot 1,000 voltov, površina čipa je manjša, tok pa je le nekaj deset amperov. Delovna temperatura se poveča na 180 stopinj, kar je daleč od uvedbe 600 stopinj. Padec napetosti je še bolj nezadovoljiv, ne razlikuje se od silicijevega materiala in visok padec napetosti naprej mora doseči 2 V.
2. Tržna cena: približno 5- do 6-krat večja kot pri proizvodnji silicijevega materiala.
4. Kakšne so težave pri razvoju silicijevega karbida (SiC ) naprave?Težava pri razvoju naprav iz silicijevega karbida ni načelna zasnova čipa, zlasti zasnova strukture čipa. Ni ga težko rešiti. Težava je v realizaciji proizvodnega procesa strukture čipa. Primeri so naslednji: 1. Gostota napak mikrocevi rezin iz silicijevega karbida. 2. Učinkovitost epitaksialnega postopka je nizka. 3. Postopek dopinga ima posebne zahteve.
4. Izdelava ohmičnega kontakta. 5. Temperaturna odpornost nosilnih materialov.
Zgoraj je le nekaj primerov, ne vseh. Še vedno obstaja veliko procesnih problemov, ki nimajo idealnih rešitev, kot je postopek izkopavanja površine polprevodnikov iz silicijevega karbida, postopek pasivacije terminalov in vpliv stanja vmesnika oksidne plasti vrat na dolgoročno stabilnost MOSFET naprav iz silicijevega karbida. Ali je industrija že dosegla soglasje? Dosledni sklepi itd. so močno ovirali hiter razvoj napajalnih naprav iz silicijevega karbida.
5. Pregled razvoja glavnih področij uporabe silicijevega karbida
Trenutno tretja generacija polprevodniških materialov povzroča revolucijo v čisti energiji in novo generacijo elektronske informacijske tehnologije. Ne glede na to, ali gre za razsvetljavo, gospodinjske aparate, potrošniško elektroniko, nova energetska vozila, pametna omrežja ali vojaške zaloge, so ti visoko zmogljivi polprevodniki materiali, po katerih je veliko povpraševanje. Glede na razvoj polprevodnikov tretje generacije so njegove glavne aplikacije polprevodniška razsvetljava, močnostne elektronske naprave, laserji in detektorji ter štiri druga področja.
1. Polprevodniška razsvetljava
Med štirimi področji uporabe se je industrija polprevodniške razsvetljave razvila najhitreje in oblikovala industrijsko lestvico v desetinah milijard dolarjev.
2. Napajalne elektronske naprave
Na področju močnostne elektronike se je uporaba širokopasovnih polprevodnikov šele začela, velikost trga pa je le nekaj sto milijonov ameriških dolarjev. Njegova uporaba je osredotočena predvsem na področje najsodobnejše vojaške opreme in se postopoma širi tudi na civilno področje.
3. Laserji in detektorji
Na področju uporabe laserjev in detektorjev lahko laserji na osnovi GaN pokrivajo širok razpon spektra in realizirajo proizvodnjo modrih, zelenih in ultravijoličnih laserjev ter ultravijolično detekcijo.
4. Druge aplikacije
Na področju najsodobnejših raziskav se lahko polprevodniki s širokim pasovnim razmakom uporabljajo v sončnih celicah, biosenzorjih, medijih za proizvodnjo vodika na vodni osnovi in drugih nastajajočih aplikacijah. Trenutno so ta vroča območja še vedno v fazi laboratorijskih raziskav in razvoja.
Trenutno tretja generacija polprevodniških materialov povzroča revolucijo v čisti energiji in novo generacijo elektronske informacijske tehnologije. Ne glede na to, ali gre za razsvetljavo, gospodinjske aparate, potrošniško elektroniko, nova energetska vozila, pametna omrežja ali vojaške zaloge, so ti visoko zmogljivi polprevodniki materiali, po katerih je veliko povpraševanje. Glede na razvoj polprevodnikov tretje generacije so njegove glavne aplikacije polprevodniška razsvetljava, močnostne elektronske naprave, laserji in detektorji ter štiri druga področja.
1. Polprevodniška razsvetljava
Med štirimi področji uporabe se je industrija polprevodniške razsvetljave razvila najhitreje in oblikovala industrijsko lestvico v desetinah milijard dolarjev.
2. Napajalne elektronske naprave
Na področju močnostne elektronike se je uporaba širokopasovnih polprevodnikov šele začela, velikost trga pa je le nekaj sto milijonov ameriških dolarjev. Njegova uporaba je osredotočena predvsem na področje najsodobnejše vojaške opreme in se postopoma širi tudi na civilno področje.
3. Laserji in detektorji
Na področju uporabe laserjev in detektorjev lahko laserji na osnovi GaN pokrivajo širok razpon spektra in realizirajo proizvodnjo modrih, zelenih in ultravijoličnih laserjev ter ultravijolično detekcijo.
4. Druge aplikacije
Na področju najsodobnejših raziskav se lahko polprevodniki s širokim pasovnim razmakom uporabljajo v sončnih celicah, biosenzorjih, medijih za proizvodnjo vodika na vodni osnovi in drugih nastajajočih aplikacijah. Trenutno so ta vroča območja še vedno v fazi laboratorijskih raziskav in razvoja.
Par: ne
Naslednji: Mikrozrna aluminijevega oksida
