Siliziumkarbid-Halbleiter

Siliziumkarbid-Halbleiter sind wegweisend für energieeffiziente Innovationen und helfen den Kunden, ihren Stromverbrauch zu senken. Sie werden in verschiedenen elektronischen Anordnungen verwendet, z. B. in Wechselrichtern, die die Reichweite von Elektrofahrzeugen durch die Optimierung von Batteriemanagementsystemen erhöhen.

Die EAG-Laboratorien verfügen über umfangreiches Fachwissen bei der Analyse von SiC, sowohl mit Bulk- als auch mit ortsaufgelösten Analysetechniken, einschließlich GDMS-, XRF- und ICP-OES-Techniken an festen Proben sowie LA-ICP-MS-Analysen an aufgeschlossenen/gelaugten Proben.

Physikalische Eigenschaften

Siliziumkarbid (SiC) ist ein extrem hartes und hitzebeständiges Halbleitermaterial. Es wird in großem Umfang in Leuchtdioden (LEDs), Detektoren und elektronischen Geräten verwendet, die für den Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt sind, in kugelsicheren Westen, Sandpapier und Hochleistungs-Scheibenbremsen sowie als Kernmaterial in einigen Solarenergiesystemen.

Dieses Halbleitermaterial der dritten Generation wird wahrscheinlich Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) als Hauptbestandteil künftiger Leistungselektronikchips ablösen, da es überlegene thermische und elektrische Eigenschaften aufweist und die Einschränkungen früherer Generationen von Halbleitermaterialien beseitigt.

Die physikalischen Eigenschaften von Siliciumcarbid-Halbleitern werden durch ihre Struktur bestimmt. Im kristallisierten Zustand bildet Siliciumcarbid eine dicht gepackte Struktur, in der kovalente Bindungen hexagonale Doppelschichten bilden. Es gibt verschiedene Polytypen von Siliciumcarbid, wobei 4H-SiC und 6H-SiC die beiden am weitesten verbreiteten Sorten sind.

Infineon Technologies ist ein Halbleiterkonzern, der Kreativität und Verantwortung zusammenbringt, um energieeffiziente Fortschritte voranzutreiben. Die Lösungen von Infineon Technologies helfen Kunden, den Energieverbrauch zu senken, während ihre Produkte Elektrofahrzeuge antreiben, 5G-Netzwerke vorantreiben und industrielle Anwendungen digitalisieren. Darüber hinaus zeichnen sich die Siliziumkarbid-Halbleiter des Unternehmens durch niedrige Neutronenquerschnitte aus und sind resistent gegen Strahlenschäden.

Elektrische Eigenschaften

Siliciumcarbid (SiC) ist eine anorganische chemische Verbindung, die sowohl aus Silicium als auch aus Kohlenstoff besteht. SiC kommt in der Natur als Mineral Moissanit vor und wurde ab 1893 in Form von Pulver und Kristallen zur Verwendung als Schleifmittel in Massenproduktion hergestellt. Edward Goodrich Acheson entdeckte SiC zufällig, als er 1891 versuchte, künstliche Diamanten herzustellen, indem er Ton und Kokspulver in einem Elektroofen erhitzte - allerdings nur durch Zufall.

SiC unterscheidet sich von Silizium durch dicht gepackte Tetraeder aus vier Kohlenstoffatomen mit einem Siliziumatom in der Mitte, was zu überlegenen Eigenschaften in seinen Kristallstrukturen führt. Darüber hinaus kann es aufgrund seiner einzigartigen Molekularstruktur durch Dotierung speziell für die Verwendung als Halbleitermaterial zugeschnitten werden, wobei die Elektronenbahnen so verändert werden, dass elektronische Geräte mit spezifischen elektrischen Eigenschaften entstehen.

SiC unterscheidet sich von Silizium durch höhere Energielücken zwischen seinen Valenz- und Leitungsbändern, was die Bewegung von Elektronen zwischen ihnen erschwert. Allerdings können die Substratmaterialien für Geräte, die SiC verwenden, im Vergleich zu Silizium fast zehnmal mehr Spannung aushalten, was bedeutet, dass Geräte, die dieses Material verwenden, potenziell kleiner sein und schnellere Schaltgeschwindigkeiten aufweisen könnten, wenn sie ähnliche Leistungsanforderungen erfüllen.

SiC verfügt über eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium und kann daher Wärme bei höheren Betriebstemperaturen effektiver ableiten - ein wesentliches Merkmal für Stromversorgungsgeräte in Anwendungen wie Rechenzentren und Wind-/Solarenergiemodule.

Thermische Eigenschaften

Siliziumkarbid ähnelt in vielerlei Hinsicht dem Diamant: Es ist das leichteste und härteste keramische Material, das auf dem Markt erhältlich ist, und verfügt über ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeitseigenschaften sowie Korrosions- und Abriebfestigkeit. Geringe Wärmeausdehnungsraten und ein hoher Elastizitätsmodul von über 400 GPa sorgen für Dimensionsstabilität unter extremen Temperaturen und Hochdruckbedingungen.

SiC-Elektronik bietet gegenüber ihren Silizium-Gegenstücken zahlreiche Vorteile in Bezug auf Größe, Geschwindigkeit und Spannungsfestigkeit. Ihre hexagonalen Strukturen schaffen starke Halbleitereigenschaften mit einer breiten Bandlücke, die fast dreimal so groß ist wie die Bandlücke von Silizium, so dass SiC-Elektronik kleiner und schneller ist und höheren Spannungen standhalten kann als ihre Siliziumpendants.

Die Leistung von Siliziumkarbid als Leistungshalbleiter ermöglicht es Elektrofahrzeugen, größere Lasten zu transportieren, ohne die Reichweite zu verringern, schneller zu laden und die Ladevorgänge zu beschleunigen, und trägt dazu bei, das Fahrzeuggewicht, die Kosten und die Umweltbelastung zu verringern.

Elektrofahrzeuge werden bei den Verbrauchern immer beliebter und die Hersteller müssen sicherstellen, dass sie Qualitätsprodukte liefern können, die der Nachfrage entsprechen. Um dies zu erreichen, müssen die Hersteller in der Lage sein, Waferdefekte in großen Mengen zu erkennen, um die Ausbeute zu erhöhen und die Produktionskosten zu senken. Das kapazitätsbasierte System Proforma 300iSA von MTI Instruments kann genau dabei helfen - seine fortschrittliche Technologie erhöht die Empfindlichkeit und Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen konfokalen Systemen und hilft den Herstellern von Elektrofahrzeugen, ihren Kunden Produkte von optimaler Qualität zu liefern.

Anwendungen

Die große Bandlücke von Siliziumkarbid (die Energie, die Elektronen benötigen, um vom Valenzband eines Atoms in das Leitungsband zu gelangen) macht es zu einem ausgezeichneten Leiter im Vergleich zu Silizium oder Isolatoren; daher kann es mehr elektrischen Strom leiten, Wärme schneller ableiten und bei höheren Temperaturen arbeiten als diese.

SiC ist ein hervorragendes Material mit vielen Vorteilen für Elektrofahrzeuge (EVs). Seine herausragende Leistung ermöglicht eine größere Reichweite pro Ladung; SiC-Schalter und Leistungshalbleiter-Bauteile führen ihre Funktionen schneller aus als Silizium-Komponenten und sind insgesamt kleiner und leichter.

Siliziumkarbid-Bauelemente bieten gegenüber Silizium-Bauelementen erhebliche Vorteile, wenn es darum geht, höhere Spannungen bei niedrigeren Temperaturen zu verarbeiten.

Mit der steigenden Nachfrage nach SiC wird der Einsatz zuverlässiger Waferprüfgeräte immer wichtiger. MTI Instruments bietet verschiedene Messlösungen für die Analyse von Siliziumkarbid-Wafern an, wie z. B. das kapazitätsbasierte Defektdetektorsystem Proforma 300iSA zur Erkennung von Defekten im Volumen. Wenn Sie weitere Informationen oder einen Musterbericht wünschen, nehmen Sie jetzt Kontakt mit uns auf, damit wir Ihnen bei der Auswahl der idealen Lösung für Ihre Anforderungen helfen können.