Siliciumcarbide en zijn toepassingen

Siliciumcarbide (ook wel carborundum genoemd) is een van de nuttigste chemische verbindingen ter wereld. Slechts kleine hoeveelheden komen van nature voor als moissaniet in meteorieten of korundafzettingen; het meeste wordt synthetisch gemaakt.

SiC-componenten leveren aanzienlijke prestatievoordelen ten opzichte van conventionele siliciumhalfgeleiders, zoals lagere vermogensverliezen en kleinere componentafmetingen die helpen om de systeemkosten te verlagen en de productiviteit in verschillende industrieën te verhogen. Hun efficiëntie zorgt voor nieuwe ontwerpmogelijkheden en productiviteitswinst in alle sectoren.

Schurend

Zwart siliciumcarbide slijpmiddel is te vinden in verschillende toepassingen voor het gladmaken, vormen en voorbereiden van materialen voor het coaten. Met zijn scherpe zelfslijpende randen blinkt zwart siliciumcarbide uit bij het bewerken van metaal (met name staal) maar ook niet-metalen materialen zoals keramiek en glas.

Een lange levensduur en duurzaamheid maken van aluminiumoxide een uitstekend slijpmiddel voor industrieel gebruik, vooral bij harde, meer resistente materialen. Het kan zware slijptaken met precisie aan, terwijl het materialen beschermt tegen hitteschade en thermisch resistent is - ideale eigenschappen bij het bewerken van hardere, taaiere materialen.

Het slijpmiddel begint als kristallen geproduceerd door middel van carbothermische reductie en wordt later afgekoeld en gestold tot gruis, vooraf gescreend en geclassificeerd op basis van de deeltjesgrootte om te voldoen aan de industrienormen en de eisen van de klant. Magnetische scheiding, wassen met zuur en nauwkeurige sortering zorgen verder voor een kwaliteitsproduct. Dankzij deze processen is het door zijn veerkracht een van de hardste op de markt; met een ongelooflijke hardheid van 9,5 blijft het zeer veerkrachtig, zelfs bij herhaaldelijk industrieel gebruik.

Elektrische voertuigen

Naarmate onze wereld verder evolueert naar een duurzame toekomst, spelen elektrische voertuigen (EV's) een essentiële rol. Siliciumcarbide chips spelen een integraal onderdeel van de energiesystemen van deze voertuigen, waaronder boordladers, DC-DC converters en batterijbeheersystemen (BMS).

Halfgeleiders van siliciumcarbide kunnen hogere spanningen en frequenties aan dan traditionele halfgeleiders zoals silicium, waardoor energieverlies wordt geminimaliseerd en de efficiëntie wordt verbeterd in belangrijke componenten die kleinere, lichtere systemen mogelijk maken die de batterij kleiner maken en het aandrijfbereik verkleinen, terwijl ze soepelere prestaties leveren.

Bedrijven zoals Wolfspeed verhogen de productie van hun 8-inch siliciumcarbidefabrieken om te voldoen aan de groeiende vraag naar krachtige siliciumcarbide power MOSFET's en Schottky diodes voor elektrische voertuigen (EV). Ze helpen eigenaars van EV's hun kosten te verlagen en hun actieradius te vergroten door de energieomzettingsefficiëntie te verbeteren via boordladers, DC-DC convertors en BMS-systemen. Ze helpen ook batterijen hun capaciteit langer te behouden en vereenvoudigen koelsystemen die nog meer energie besparen.

Halfgeleider

Siliciumcarbide heeft zich snel ontpopt als een belangrijk ingrediënt in tal van toepassingen, zoals elektrische voertuigen, omvormers voor zonne-energie en systemen voor energieopslag. Het biedt verschillende voordelen ten opzichte van alternatieven, zoals lagere kosten, hogere efficiëntie en langere levensduur.

Door de brede bandkloof en hoge elektronenmobiliteit kunnen elektronen zich vrijer door het materiaal bewegen, wat leidt tot veel minder schakelverliezen en dus efficiëntere energieomzetting.

Bovendien zorgt de hoge thermische geleidbaarheid ervoor dat het bestand is tegen zeer hoge temperaturen zonder te smelten of te degraderen, waardoor het ideaal geschikt is voor gebruik in de ruimtevaart en auto-industrie waar werktemperaturen van meer dan 1000F gebruikelijk zijn.

EAG Laboratories heeft uitgebreide ervaring met het analyseren van SiC met behulp van bulk- en ruimtelijk opgeloste analysetechnieken, waardoor we de concentratie en distributie van doteermiddelen en de chemische zuiverheid kunnen verifiëren; allemaal essentiële aspecten voor het produceren van hoogwaardige halfgeleiderproducten op basis van SiC.

Energieopslag

Door gebruik te maken van batterijopslag om plotselinge pieken en dalen in de vraag naar elektriciteit op te vangen, kunnen nutsbedrijven dure investeringen in transmissie- en distributie-infrastructuur vermijden. Technologie voor batterijopslag kan binnen milliseconden beginnen met het ontladen van energie om aan de energiebehoefte te voldoen en tegelijkertijd de congestie op het net te verlichten - dit bespaart klanten geld en zorgt voor een grotere leveringszekerheid.

Halfgeleiders van siliciumcarbide hebben een hogere doorslagspanning dan hun siliciumtegenhangers, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in hoogspanningsapparaten zoals MOSFET's en IGBT's. Bovendien zorgt de brede bandkloof ervoor dat het kan werken bij veel hogere bedrijfstemperaturen met minder schakelverliezen om de efficiëntie van het apparaat te verhogen.

Siliciumcarbide (ook wel moissaniet genoemd) komt zowel van nature voor in meteorieten als synthetisch via processen waarbij silicazand bij hoge temperaturen wordt gerecombineerd met koolstof. Het bereiken van materialen met een hoge dichtheid is essentieel voor SiC-toepassingen. Onlangs toonden Frage et al. de haalbaarheid aan van een milieuvriendelijke productiemethode die polykristallijn RBSC-composiet met volledige dichtheid produceert zonder gebruik te maken van pyrolyse.