Carburo di silicio a cristallo singolo

Il carburo di silicio (SiC) è un composto chimico estremamente duro di silicio e carbonio che si trova in natura come minerale di moissanite, anche se la produzione su larga scala è iniziata nel 1893 per l'uso come materiale abrasivo e in applicazioni che richiedono una durata estrema, come i freni delle auto e i giubbotti antiproiettile.

La tecnologia di crescita a trasporto fisico di vapore ha permesso di produrre substrati di SiC di tipo n da 4 pollici privi di micropipe di alta qualità1. Tuttavia, l'ulteriore riduzione dei difetti estesi rimane fondamentale per migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei dispositivi.

Proprietà fisiche

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale semiconduttore composto covalente IV-IV, composto da silicio e carbonio in un rapporto uguale che forma quattro legami covalenti tra ogni atomo di Si e di carbonio.

L'ampio bandgap del SiC gli consente di operare efficacemente a temperature e tensioni elevate, rendendolo adatto ai dispositivi elettronici di potenza. Inoltre, la sua conducibilità termica, stabilità e durezza lo rendono una scelta eccellente per i dissipatori di calore e i substrati dei dispositivi elettronici, contribuendo a dissipare il calore in modo più efficace rispetto ai materiali alternativi.

Le proprietà fisiche del SiC garantiscono un'elevata precisione e uniformità nella fabbricazione di dispositivi come diodi luminosi e laser, nonché di utensili abrasivi e da taglio. Il SiC svolge anche un ruolo essenziale nella produzione di specchi per telescopi, grazie al suo basso coefficiente di espansione termica e alla sua rigidità; il suo basso coefficiente di espansione termica resiste alle alte temperature mentre le radiazioni lo proteggono. Infine, il SiC dimostra un'eccellente resistenza alla corrosione in ambienti acidi, alcalini e ossidativi.

Proprietà chimiche

Il carburo di silicio è un composto straordinario con proprietà chimiche e fisiche uniche che lo rendono una scelta preziosa per le industrie che richiedono componenti durevoli in grado di resistere ad ambienti estremi.

Il SiC è composto da atomi di silicio e carbonio strettamente legati tra loro in una struttura reticolare esagonale irregolare, che conferisce a questa sostanza una notevole durezza, collocandosi al terzo posto della scala Mohs dopo il diamante e il carburo di boro.

Queste caratteristiche rendono questo materiale eccezionalmente durevole: la sua elevata conducibilità termica resiste a temperature estreme, mentre la sua capacità di mantenere la forma sotto sforzo rimane inalterata, e ha un basso coefficiente di espansione termica che aiuta a ridurre al minimo le variazioni di dimensione durante le fluttuazioni di temperatura.

La struttura cristallina del SiC consente inoltre la formazione di rivestimenti protettivi che lo salvaguardano da reazioni chimiche che ne causerebbero la degradazione. Grazie a questa resistenza alla corrosione, il SiC è un materiale eccellente per le applicazioni che richiedono prestazioni a lungo termine in ambienti operativi difficili e per sopportare forti sollecitazioni meccaniche o pressioni.

Proprietà meccaniche

Il carburo di silicio, detto anche corindone o carborundum, è un composto chimico inorganico composto da silicio e carbonio che forma semiconduttori ad ampio bandgap con drogaggio di azoto o fosforo per il carburo di silicio di tipo n, o con drogaggio di boro o alluminio per il tipo p.

Il carburo di silicio si distingue tra i materiali per la sua struttura a pacchetti ravvicinati di atomi di Si e C, che lo rende estremamente resistente. Tra le sostanze più dure della Terra, il carburo di silicio vanta anche un elevato punto di fusione ed eccezionali proprietà di conducibilità termica.

La rigidità del carburo di silicio e il suo basso coefficiente di espansione termica lo hanno reso un materiale desiderabile per gli specchi dei telescopi, come il telescopio spaziale Herschel. Altri usi del carburo di silicio monocristallino includono i freni e le frizioni delle automobili, le piastre ceramiche nei giubbotti antiproiettile, la produzione di moissanite sintetica, la profondità di transizione significativamente più lunga del carburo di silicio monocristallino tra la transizione duttile-fragile e la frattura, nonché le caratteristiche della morfologia dei graffi durante la lavorazione dei piani di Si e C durante l'analisi SEM FIB.

Proprietà elettriche

Le proprietà elettriche del carburo di silicio monocristallino sono state oggetto di un'ampia ricerca a livello mondiale, in quanto svolgono un ruolo essenziale nella creazione di dispositivi elettronici ad alte prestazioni con ampie capacità di bandgap.

Si è assistito a un'esplosione di tecniche per la misurazione della concentrazione di portatori e della resistività dei wafer di SiC. Queste tecniche di caratterizzazione possono rilevare tutte le impurità presenti al loro interno. Per misurare questi parametri in modo simmetrico su aree laterali o trasversali, si utilizzano tecniche di sonda a scansione elettrica o strumenti di mappatura della resistività senza contatto.

Il carburo di silicio (SiC) è un solido inorganico costituito da silicio e carbonio in un rapporto stechiometrico, formato da un composto elementare noto come gemma moissanite, prodotto attraverso il processo Lely e utilizzato come abrasivo, oltre che per l'impiego in dispositivi elettronici e come parte dei processi di produzione elettronica. Il carburo di silicio è uno dei materiali naturali più duri, con proprietà superiori di resistenza all'usura, forza e conducibilità termica rispetto a materiali simili reperibili altrove.