Siliziumkarbid und seine Anwendungen

Siliciumcarbid (auch Karborund genannt) ist eine der nützlichsten chemischen Verbindungen der Welt, wobei nur geringe Mengen als Moissanit in Meteoriten oder Korundvorkommen natürlich vorkommen; der größte Teil wird synthetisch hergestellt.

SiC-Bauelemente bieten erhebliche Leistungsvorteile gegenüber herkömmlichen Silizium-Halbleitern, einschließlich geringerer Leistungsverluste und kleinerer Bauteilgrößen, die zur Senkung der Systemkosten und zur Steigerung der Produktivität in allen Branchen beitragen. Ihre Effizienz ermöglicht neue Designmöglichkeiten und Produktivitätssteigerungen in allen Sektoren.

Abrasivmittel

Schwarzes Siliziumkarbid-Schleifmittel kann in verschiedenen Anwendungen zum Glätten, Formen und Vorbereiten von Materialien für die Beschichtung eingesetzt werden. Mit seinen scharfen, sich selbst schärfenden Kanten eignet sich schwarzes Siliciumcarbid hervorragend für die Bearbeitung von Metall (insbesondere Stahl) sowie von nichtmetallischen Werkstoffen wie Keramik und Glas.

Lange Lebensdauer und Beständigkeit machen Aluminiumoxid zu einem ausgezeichneten Schleifmittel für den industriellen Einsatz, insbesondere bei der Bearbeitung harter, widerstandsfähiger Materialien. Es bewältigt schwere Schleifaufgaben mit Präzision und schützt die Materialien vor Hitzeschäden, während es gleichzeitig hitzebeständig ist - ideale Eigenschaften für den Umgang mit härteren, widerstandsfähigeren Materialien.

Das Schleifmittel entsteht zunächst als Kristalle durch karbothermische Reduktion und wird später abgekühlt und zu Splitt verfestigt, der vorgesiebt und nach Partikelgröße klassifiziert wird, um den Industriestandards und Kundenanforderungen zu entsprechen. Magnetische Trennung, saures Waschen und genaue Sortierung gewährleisten ein Qualitätsprodukt. Dank dieser Verfahren ist es eines der widerstandsfähigsten Produkte auf dem Markt; mit einer unglaublichen Härte von 9,5 bleibt es auch bei wiederholter industrieller Nutzung sehr widerstandsfähig.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge

Bei der Umstellung unserer Welt auf eine nachhaltige Zukunft spielen Elektrofahrzeuge (EVs) eine wesentliche Rolle. Siliziumkarbid-Chips sind ein integraler Bestandteil der Stromversorgungssysteme dieser Fahrzeuge - einschließlich On-Board-Ladegeräten, DC-DC-Wandlern und Batteriemanagementsystemen (BMS).

Siliziumkarbid-Halbleiter können höhere Spannungen und Frequenzen verarbeiten als herkömmliche Halbleiter wie Silizium. Dadurch werden Energieverluste minimiert und die Effizienz von Schlüsselkomponenten verbessert, die kleinere und leichtere Systeme ermöglichen, die die Batteriegröße und die Reichweite verringern und gleichzeitig eine gleichmäßigere Leistung bieten.

Unternehmen wie Wolfspeed fahren die Produktion in ihren 8-Zoll-Siliziumkarbid-Fabriken hoch, um die wachsende Nachfrage nach Hochleistungs-Siliziumkarbid-Leistungs-MOSFETs und Schottky-Dioden für Elektrofahrzeuge zu befriedigen. Sie helfen den Besitzern von Elektrofahrzeugen, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Reichweite zu erhöhen, indem sie die Effizienz der Energieumwandlung durch bordeigene Ladegeräte, Gleichspannungswandler und BMS-Systeme verbessern. Sie tragen auch dazu bei, dass die Kapazität der Batterien länger erhalten bleibt, und vereinfachen die Kühlsysteme, die noch mehr Energie sparen.

Halbleiter

Siliziumkarbid hat sich in zahlreichen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen, Solarwechselrichtern und Energiespeichersystemen rasch zu einem wichtigen Bestandteil entwickelt. Es bietet verschiedene Vorteile gegenüber seinen Alternativen, darunter geringere Kosten, höhere Effizienz und längere Lebensdauer.

Aufgrund der großen Bandlücke und der hohen Elektronenbeweglichkeit können sich die Elektronen freier im Material bewegen, was zu deutlich geringeren Schaltverlusten und damit zu einer effizienteren Energieumwandlung führt.

Dank seiner hohen Wärmeleitfähigkeit kann es zudem sehr hohen Temperaturen standhalten, ohne zu schmelzen oder sich zu zersetzen. Damit ist es ideal für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie geeignet, wo Betriebstemperaturen von über 1000 F an der Tagesordnung sind.

Die EAG Laboratories verfügen über umfangreiche Erfahrungen in der Analyse von SiC mit Hilfe von Bulk- und ortsaufgelösten Analysetechniken, die es uns ermöglichen, die Konzentration und Verteilung von Dotierstoffen sowie die chemische Reinheit zu überprüfen; alles wesentliche Aspekte für die Herstellung hochwertiger Halbleiterprodukte.

Energiespeicherung

Durch den Einsatz von Batteriespeichern zur Bewältigung plötzlicher Nachfragespitzen und -einbrüche können die Versorgungsunternehmen kostspielige Investitionen in die Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur vermeiden. Die Batteriespeichertechnologie kann innerhalb von Millisekunden mit der Entladung von Strom beginnen, um den Energiebedarf zu decken und gleichzeitig Netzengpässe zu lindern - das spart den Kunden Geld und sorgt für mehr Versorgungssicherheit.

Siliziumkarbid-Halbleiter weisen eine höhere Durchbruchsspannung auf als ihre Silizium-Gegenstücke, was sie ideal für den Einsatz in Hochspannungs-Leistungsbauteilen wie MOSFETs und IGBTs macht. Darüber hinaus ermöglicht seine breite Bandlücke den Betrieb bei viel höheren Betriebstemperaturen mit geringeren Schaltverlusten, was die Effizienz der Geräte erhöht.

Siliciumcarbid (gemeinhin als Moissanit bezeichnet) kommt sowohl natürlich in Meteoriten als auch synthetisch durch Hochtemperaturprozesse vor, bei denen Quarzsand mit Kohlenstoff bei hohen Temperaturen rekombiniert wird. Der Schlüssel zu SiC-Anwendungen liegt in der Erzielung von Materialien mit hoher Dichte. Kürzlich wiesen Frage et al. die Machbarkeit eines umweltfreundlichen Herstellungsverfahrens nach, mit dem polykristalline RBSC-Verbundwerkstoffe voller Dichte ohne Pyrolyse hergestellt werden können, was die Entwicklung von SiC-Produkten für Anwendungen erleichtern könnte.