Enkel kristal siliciumcarbide

Siliciumcarbide (SiC) is een extreem harde chemische verbinding van silicium en koolstof die van nature voorkomt als het mineraal moissaniet. De productie op grote schaal begon in 1893 voor gebruik als schuurmiddel en in toepassingen die extreme duurzaamheid vereisen, zoals autoremmen en kogelvrije vesten.

Fysieke Damp Transport Groeitechnologie heeft de productie mogelijk gemaakt van hoogwaardige micropipe-vrije 4-inch n-type SiC-substraten1. Verdere reductie van uitgebreide defecten blijft echter cruciaal voor het verbeteren van de prestaties en betrouwbaarheid van apparaten.

Fysische eigenschappen

Siliciumcarbide (SiC) is een IV-IV covalent samengesteld halfgeleidermateriaal dat bestaat uit silicium en koolstof in een gelijke verhouding die vier covalente bindingen vormen tussen elk Si en koolstofatoom.

Door de brede bandkloof van SiC kan het effectief werken bij hoge temperaturen en spanningen, waardoor het geschikt is voor vermogenselektronica. Bovendien maken de thermische geleidbaarheid, stabiliteit en hardheid het een uitstekende keuze voor koellichamen en substraten in elektronische apparaten, omdat het helpt warmte effectiever af te voeren dan alternatieve materialen.

De fysische eigenschappen van SiC zorgen voor een hoge precisie en uniformiteit bij de fabricage van apparaten zoals lichtgevende diodes en lasers, evenals schuur- en snijgereedschappen. SiC speelt ook een essentiële rol bij de productie van telescoopspiegels vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt en stijfheid; de lage thermische uitzettingscoëfficiënt is bestand tegen hoge temperaturen terwijl straling het beschermt. Tot slot is SiC uitstekend bestand tegen corrosie door zuren, alkaliën en oxidatie.

Chemische eigenschappen

Siliciumcarbide is een opmerkelijke verbinding met unieke chemische en fysische eigenschappen die het een onschatbare keuze maken voor industrieën die duurzame onderdelen nodig hebben die bestand zijn tegen extreme omgevingen.

SiC bestaat uit strak gebonden silicium- en koolstofatomen die samen een onregelmatig zeshoekig rooster vormen. Dit geeft deze stof zijn opmerkelijke hardheid, die op de derde plaats op de schaal van Mohs komt, na diamant en boorcarbide.

Deze eigenschappen maken dit materiaal ook uitzonderlijk duurzaam: de hoge thermische geleidbaarheid is bestand tegen extreme temperaturen terwijl het vermogen om zijn vorm te behouden onder spanning onverminderd blijft, en het heeft een lage thermische uitzettingscoëfficiënt die helpt om maatveranderingen tijdens temperatuurschommelingen te minimaliseren.

De kristallijne structuur van SiC zorgt er ook voor dat er beschermende coatings op gevormd kunnen worden om het te beschermen tegen chemische reacties die tot degradatie zouden leiden. Door deze corrosiebestendigheid is SiC een uitstekende materiaalkeuze voor toepassingen die langdurige prestaties vereisen in zware bedrijfsomgevingen en bestand moeten zijn tegen zware mechanische spanning of druk.

Mechanische eigenschappen

Siliciumcarbide, ook wel korund of carborundum genoemd, is een anorganische chemische verbinding bestaande uit silicium en koolstof die halfgeleiders met een brede bandkloof vormt met stikstof- of fosfordotering voor n-type siliciumcarbide, of met boor- of aluminiumdotering voor p-type.

Siliciumcarbide onderscheidt zich onder de materialen door zijn dicht opeengepakte structuur van Si en C atomen, waardoor het extreem sterk is. Als een van de hardste stoffen op aarde heeft siliciumcarbide ook een hoog smeltpunt en uitzonderlijke thermische geleidbaarheidseigenschappen.

De stijfheid en lage thermische uitzettingscoëfficiënt van siliciumcarbide hebben het tot een gewild materiaal gemaakt voor telescoopspiegels zoals de Herschel Space Telescope. Andere toepassingen van éénkristallijn siliciumcarbide zijn onder andere autoremmen en -koppelingen, keramische platen in kogelvrije vesten, de productie van synthetisch moissaniet, de significant langere overgangsdiepte van éénkristallijn siliciumcarbide tussen taai en bros bij breuk en de krasmorfologie tijdens het bewerken van Si en C-vlakken tijdens FIB SEM-analyse.

Elektrische eigenschappen

De elektrische eigenschappen van eenkristallijn siliciumcarbide zijn het onderwerp geweest van uitgebreid wereldwijd onderzoek, omdat ze een essentiële rol spelen bij het maken van hoogwaardige elektronische apparaten met een brede bandkloof.

Er is een explosie aan technieken ontwikkeld om de dragerconcentratie en weerstand van SiC-wafers te meten. Deze karakteriseringstechnieken kunnen alle aanwezige onzuiverheden detecteren. Om deze parameters symmetrisch te meten over zijdelingse of dwarsdoorsnedegebieden met behulp van elektrische scanningprobe-technieken of contactloze resistiviteitmappinggereedschappen.

Siliciumcarbide (SiC) is een anorganische vaste stof bestaande uit silicium en koolstof in een stoichiometrische verhouding, gevormd als een elementaire verbinding die bekend staat als moissaniet edelsteen, geproduceerd via het Lely proces en gebruikt als schuurmiddel, maar ook voor gebruik in elektronische apparaten en als onderdeel van elektronische productieprocessen. Siliciumcarbide is een van de hardste natuurlijke materialen met superieure slijtvastheid, sterkte en thermische geleidbaarheid in vergelijking met soortgelijke materialen die elders worden gevonden.