Egykristályos szilícium-karbid

A szilíciumkarbid (SiC) a szilícium és a szén rendkívül kemény kémiai vegyülete, amely a természetben moissanit ásványként fordul elő, bár nagyüzemi gyártása 1893-ban kezdődött, csiszolóanyagként és extrém tartósságot igénylő alkalmazásokban, például autófékekben és golyóálló mellényekben való felhasználásra.

A fizikai gőztranszport-növesztési technológia lehetővé tette a kiváló minőségű, mikrocsőmentes, 4 hüvelykes n-típusú SiC szubsztrátumok gyártását1. A kiterjesztett hibák további csökkentése azonban továbbra is kulcsfontosságú az eszközök teljesítményének és megbízhatóságának javításához.

Fizikai tulajdonságok

A szilíciumkarbid (SiC) egy IV-IV kovalens vegyületű félvezető anyag, amely egyenlő arányban szilíciumból és szénből áll, és minden egyes Si- és szénatom között négy kovalens kötést képez.

A SiC széles sávszélessége lehetővé teszi, hogy magas hőmérsékleten és feszültségen is hatékonyan működjön, így alkalmas a teljesítményelektronikai eszközökhöz. Továbbá hővezető képessége, stabilitása és keménysége miatt kiváló választás az elektronikai eszközök hűtőbordáinak és szubsztrátjainak, mivel a hő hatékonyabban elvezeti a hőt, mint az alternatív anyagok.

A SiC fizikai tulajdonságai nagy pontosságot és egyenletességet biztosítanak az olyan eszközök, mint a fénykibocsátó diódák és lézerek, valamint a csiszoló- és vágószerszámok gyártásakor. A SiC alacsony hőtágulási együtthatója és merevsége miatt a távcsőtükrök gyártásában is fontos szerepet játszik; alacsony hőtágulási együtthatója ellenáll a magas hőmérsékletnek, miközben a sugárzás megvédi. Végül a SiC kiváló korrózióállóságot mutat savas, lúgos és oxidatív környezetben.

Kémiai tulajdonságok

A szilícium-karbid egy figyelemre méltó vegyület, amely egyedülálló kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, és így felbecsülhetetlen értékű választás az olyan iparágak számára, amelyeknek tartós, szélsőséges környezetnek ellenálló alkatrészekre van szükségük.

A SiC szorosan kötött szilícium- és szénatomokból áll, amelyek szabálytalan hatszögletű rácsszerkezetben kapcsolódnak egymáshoz, és ez adja ennek az anyagnak a figyelemre méltó keménységét, amely a Mohs-skálán a gyémánt és a bórkarbid mögött a harmadik helyen áll.

Ezek a tulajdonságok teszik ezt az anyagot kivételesen tartóssá is: magas hővezető képessége ellenáll a szélsőséges hőmérsékleteknek, miközben az alakját feszültség alatt is képes megtartani, és alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkezik, ami segít minimalizálni a méretváltozásokat a hőmérséklet-ingadozások során.

A SiC kristályos szerkezete lehetővé teszi, hogy védőrétegek képződjenek rajta, amelyek megvédik a lebomláshoz vezető kémiai reakciókkal szemben. A korrózióval szembeni ellenállásnak köszönhetően a SiC kiváló anyagválasztás olyan alkalmazásokhoz, amelyek hosszú távú teljesítményt igényelnek zord működési környezetben, valamint nagy mechanikai igénybevételnek vagy nyomásnak való ellenállást.

Mechanikai tulajdonságok

A szilíciumkarbid, más néven korund vagy karborundum, egy szilíciumból és szénből álló szervetlen kémiai vegyület, amely nitrogén- vagy foszforadalékolással n-típusú szilíciumkarbid, illetve bór- vagy alumíniumadalékolással p-típusú szilíciumkarbid esetén széles sávszélességű félvezetőket alkot.

A szilíciumkarbid kiemelkedik az anyagok közül a Si- és C-atomokból álló, szorosan egymásra épülő szerkezetével, ami rendkívül erőssé teszi. A szilíciumkarbid a Föld egyik legkeményebb anyaga, emellett magas olvadásponttal és kivételes hővezetési tulajdonságokkal is büszkélkedhet.

A szilícium-karbid merevsége és alacsony hőtágulási együtthatója miatt kívánatos anyag a távcsőtükrök, például a Herschel Űrteleszkóp tükreinek gyártásához. Az egykristályos szilíciumkarbid további felhasználási területei közé tartoznak az autófékek és kuplungok, a golyóálló mellények kerámia lemezei, a szintetikus moissanit előállítása, az egykristályos szilíciumkarbid jelentősen hosszabb átmeneti mélysége a képlékeny- rideg törésbe való átmenet között, valamint a Si és C síkok megmunkálása során a FIB SEM elemzés során a karcolás morfológiai jellemzői.

Elektromos tulajdonságok

Az egykristályos szilícium-karbid elektromos tulajdonságai világszerte kiterjedt kutatások tárgyát képezik, mivel alapvető szerepet játszanak a nagy teljesítményű, széles sávszélességű elektronikus eszközök létrehozásában.

A SiC-lapkák hordozó-koncentrációjának és fajlagos ellenállásának mérésére robbanásszerűen sokféle technikát fejlesztettek ki. Ezek a jellemzési technikák képesek kimutatni a bennük lévő összes szennyeződést. E paraméterek mérése szimmetrikusan az oldalsó vagy keresztmetszeti területeken elektromos pásztázó szondás technikákkal vagy érintkezés nélküli ellenállás-leképező eszközökkel.

A szilíciumkarbid (SiC) egy szervetlen szilárd anyag, amely sztöchiometrikus arányban szilíciumból és szénből áll, és moissanit drágakő néven ismert elemi vegyületként keletkezik, amelyet a Lely-eljárással állítanak elő, és csiszolóanyagként, valamint elektronikus eszközökben és elektronikus gyártási folyamatok részeként használnak. A szilíciumkarbid az egyik legkeményebb természetes anyag, amely a máshol található hasonló anyagokhoz képest kiváló kopásállósággal, szilárdsággal és hővezető tulajdonságokkal rendelkezik.