Carburo de silicio monocristalino

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico extremadamente duro de silicio y carbono que se produce de forma natural como mineral moissanita, aunque su producción a gran escala comenzó en 1893 para su uso como material abrasivo y en aplicaciones que requieren una durabilidad extrema, como los frenos de automóviles y los chalecos antibalas.

La tecnología de crecimiento por transporte físico de vapor ha permitido la producción de sustratos de SiC tipo n de 4 pulgadas sin micropipe de alta calidad1. Sin embargo, una mayor reducción de los defectos extendidos sigue siendo crucial para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos.

Propiedades físicas

El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor compuesto covalente IV-IV formado por silicio y carbono en igual proporción, formando cuatro enlaces covalentes entre cada átomo de Si y carbono.

La amplia banda prohibida del SiC le permite funcionar eficazmente a altas temperaturas y tensiones, lo que lo hace adecuado para dispositivos electrónicos de potencia. Además, su conductividad térmica, estabilidad y dureza lo convierten en una excelente opción para disipadores de calor y sustratos de dispositivos electrónicos, ya que ayuda a disipar el calor con más eficacia que otros materiales alternativos.

Las propiedades físicas del SiC proporcionan una gran precisión y uniformidad en la fabricación de dispositivos como diodos emisores de luz y láseres, así como herramientas abrasivas y de corte. El SiC también desempeña un papel esencial en la fabricación de espejos para telescopios por su bajo coeficiente de dilatación térmica y su rigidez; su bajo coeficiente de dilatación térmica soporta altas temperaturas mientras que la radiación lo protege. Por último, el SiC presenta una excelente resistencia a la corrosión en entornos ácidos, alcalinos y oxidantes.

Propiedades químicas

El carburo de silicio es un compuesto extraordinario con propiedades químicas y físicas únicas que lo convierten en una opción inestimable para las industrias que requieren componentes duraderos capaces de soportar entornos extremos.

El SiC se compone de átomos de silicio y carbono fuertemente unidos en una estructura reticular hexagonal irregular, lo que confiere a esta sustancia su notable dureza, situándose en tercer lugar en la escala de Mohs por detrás del diamante y el carburo de boro.

Estas características también hacen que este material sea excepcionalmente duradero: su alta conductividad térmica soporta temperaturas extremas sin que disminuya su capacidad para mantener su forma bajo tensión, y tiene un bajo coeficiente de expansión térmica que ayuda a minimizar los cambios de dimensión durante las fluctuaciones de temperatura.

La estructura cristalina del SiC también permite que se formen revestimientos protectores sobre él para salvaguardarlo de las reacciones químicas que provocarían su degradación. Debido a esta resistencia a la corrosión, el SiC es un material excelente para aplicaciones que requieren un rendimiento a largo plazo en entornos de funcionamiento difíciles, así como para soportar grandes tensiones o presiones mecánicas.

Propiedades mecánicas

El carburo de silicio, también llamado corindón o carborundo, es un compuesto químico inorgánico de silicio y carbono que forma semiconductores de banda ancha con dopaje de nitrógeno o fósforo para el carburo de silicio de tipo n, o con dopaje de boro o aluminio para el de tipo p.

El carburo de silicio destaca entre los materiales por su estructura compacta de átomos de Si y C, que lo hace extremadamente resistente. El carburo de silicio, una de las sustancias más duras de la Tierra, también posee un punto de fusión elevado y unas propiedades de conductividad térmica excepcionales.

La rigidez y el bajo coeficiente de dilatación térmica del carburo de silicio lo han convertido en un material idóneo para espejos de telescopios como el telescopio espacial Herschel. Otros usos del carburo de silicio monocristalino son los frenos y embragues de automóviles, las placas cerámicas de los chalecos antibalas, la producción de moissanita sintética, la profundidad de transición significativamente mayor del carburo de silicio monocristalino entre la transición dúctil-frágil a la fractura, así como las características morfológicas del rayado durante el mecanizado de los planos de Si y C durante el análisis FIB SEM.

Propiedades eléctricas

Las propiedades eléctricas del carburo de silicio monocristalino han sido objeto de una amplia investigación en todo el mundo, ya que desempeñan un papel esencial en la creación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento con capacidades de banda prohibida ancha.

Se ha producido una explosión de técnicas desarrolladas para medir la concentración de portadores y la resistividad de las obleas de SiC. Estas técnicas de caracterización pueden detectar todas las impurezas presentes en ellas. Para medir estos parámetros simétricamente a través de áreas laterales o transversales utilizando técnicas de sonda de barrido eléctrico o herramientas de mapeo de resistividad sin contacto.

El carburo de silicio (SiC) es un sólido inorgánico compuesto por silicio y carbono en una proporción estequiométrica, formado como un compuesto elemental conocido como piedra preciosa moissanita, producido mediante el proceso Lely y utilizado como abrasivo, así como para su uso en dispositivos electrónicos y como parte de procesos de fabricación electrónica. El carburo de silicio es uno de los materiales naturales más duros, con propiedades superiores de resistencia al desgaste, solidez y conductividad térmica en comparación con materiales similares encontrados en otros lugares.