Carbeto de silício monocristalino

O carbeto de silício (SiC) é um composto químico extremamente duro de silício e carbono que ocorre naturalmente como mineral moissanita, embora a produção em larga escala tenha começado em 1893 para uso como material abrasivo e em aplicações que exigem extrema durabilidade, como freios de carros e coletes à prova de balas.

A tecnologia de crescimento por transporte físico de vapor permitiu a produção de substratos de SiC tipo n de 4 polegadas sem microtubos de alta qualidade1. Entretanto, a redução adicional de defeitos estendidos continua sendo crucial para melhorar o desempenho e a confiabilidade do dispositivo.

Propriedades físicas

O carbeto de silício (SiC) é um material semicondutor composto covalente IV-IV, composto de silício e carbono em uma proporção igual, formando quatro ligações covalentes entre cada átomo de Si e carbono.

O amplo bandgap do SiC permite que ele opere com eficiência em altas temperaturas e tensões, o que o torna adequado para dispositivos eletrônicos de potência. Além disso, sua condutividade térmica, estabilidade e dureza o tornam uma excelente opção para dissipadores de calor e substratos em dispositivos eletrônicos, ajudando a dissipar o calor com mais eficiência do que os materiais alternativos.

As propriedades físicas do SiC proporcionam alta precisão e uniformidade na fabricação de dispositivos como diodos emissores de luz e lasers, bem como ferramentas abrasivas e de corte. O SiC também desempenha um papel essencial na fabricação de espelhos de telescópios devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica e rigidez; seu baixo coeficiente de expansão térmica resiste a altas temperaturas, enquanto a radiação o protege. Por fim, o SiC apresenta excelente resistência à corrosão em ambientes ácidos, alcalinos e oxidativos.

Propriedades químicas

O carbeto de silício é um composto notável com propriedades químicas e físicas exclusivas que o tornam uma opção inestimável para os setores que exigem componentes duráveis que possam suportar ambientes extremos.

O SiC é composto de átomos de silício e carbono firmemente ligados em uma estrutura de treliça hexagonal irregular, o que confere a essa substância uma dureza notável, ocupando o terceiro lugar na escala Mohs, atrás do diamante e do carbeto de boro.

Essas características também tornam esse material excepcionalmente durável: sua alta condutividade térmica resiste a temperaturas extremas, enquanto sua capacidade de manter a forma sob tensão permanece inalterada, e ele tem um baixo coeficiente de expansão térmica que ajuda a minimizar as alterações de dimensão durante as flutuações de temperatura.

A estrutura cristalina do SiC também permite a formação de revestimentos protetores para protegê-lo contra reações químicas que levariam à degradação. Devido a essa resistência à corrosão, o SiC é uma excelente opção de material para aplicações que exigem desempenho de longo prazo em ambientes operacionais adversos, bem como para suportar pressões ou tensões mecânicas pesadas.

Propriedades mecânicas

O carbeto de silício, também conhecido como coríndon ou carborundum, é um composto químico inorgânico composto de silício e carbono que forma semicondutores de banda larga com dopagem de nitrogênio ou fósforo para o carbeto de silício do tipo n, ou com dopagem de boro ou alumínio para o tipo p.

O carbeto de silício se destaca entre os materiais devido à sua estrutura de átomos de Si e C compactados, o que o torna extremamente forte. Uma das substâncias mais duras da Terra, o carbeto de silício também apresenta um alto ponto de fusão e propriedades excepcionais de condutividade térmica.

A rigidez e o baixo coeficiente de expansão térmica do carbeto de silício o tornaram um material desejável para espelhos de telescópios, como o Telescópio Espacial Herschel. Outros usos do carbeto de silício monocristalino incluem freios e embreagens de automóveis, placas de cerâmica em coletes à prova de balas, produção de moissanita sintética, profundidade de transição significativamente mais longa do carbeto de silício monocristalino entre a transição dúctil-frágil para a fratura, bem como características de morfologia de arranhões durante a usinagem de planos de Si e C durante a análise FIB SEM.

Propriedades elétricas

As propriedades elétricas do carbeto de silício monocristalino têm sido objeto de extensa pesquisa em todo o mundo, pois desempenham um papel essencial na criação de dispositivos eletrônicos de alto desempenho com recursos de banda larga.

Houve uma explosão de técnicas desenvolvidas para medir a concentração de portadores e a resistividade dos wafers de SiC. Essas técnicas de caracterização podem detectar todas as impurezas presentes nelas. Para medir esses parâmetros simetricamente em áreas laterais ou de seção transversal usando técnicas de sonda de varredura elétrica ou ferramentas de mapeamento de resistividade sem contato.

O carbeto de silício (SiC) é um sólido inorgânico composto de silício e carbono em uma proporção estequiométrica, formado como um composto elementar conhecido como pedra preciosa moissanita, produzido por meio do processo Lely e usado como abrasivo, bem como para uso em dispositivos eletrônicos e como parte de processos de fabricação de eletrônicos. O carbeto de silício é um dos materiais naturais mais duros, com propriedades superiores de resistência ao desgaste, força e condutividade térmica em comparação com materiais semelhantes encontrados em outros lugares.