Carbeto de silício e suas aplicações

O carbeto de silício (também conhecido como carborundum) é um dos compostos químicos mais úteis do mundo, com apenas pequenas quantidades ocorrendo naturalmente como moissanita em meteoritos ou depósitos de corindo; a maior parte é criada sinteticamente.

Os dispositivos SiC oferecem vantagens significativas de desempenho em relação aos semicondutores de silício convencionais, incluindo menores perdas de energia e tamanhos menores de componentes que ajudam a reduzir os custos do sistema e aumentar a produtividade em todos os setores. Sua eficiência permite novas possibilidades de design e ganhos de produtividade em todos os setores.

Abrasivo

O abrasivo de carbeto de silício preto pode ser encontrado em várias aplicações para alisar, moldar e preparar materiais para revestimento. Com suas bordas afiadas e autoafiáveis, o carbeto de silício preto é excelente para trabalhar com metal (principalmente aço) e também com materiais não metálicos, como cerâmica e vidro.

A longa vida útil e a durabilidade fazem do óxido de alumínio um excelente abrasivo para uso industrial, especialmente quando se trata de materiais duros e mais resistentes. Ele pode lidar com tarefas pesadas de esmerilhamento com precisão e, ao mesmo tempo, proteger os materiais contra danos causados pelo calor, sendo resistente ao calor - características ideais ao lidar com materiais mais duros e resistentes.

O abrasivo começa como cristais produzidos por meio de redução carbotérmica e, posteriormente, é resfriado e solidificado em granalha, pré-peneirado e classificado de acordo com o tamanho das partículas para atender aos padrões do setor e às demandas dos clientes. A separação magnética, a lavagem com ácido e a classificação precisa garantem ainda mais a qualidade do produto. Devido a esses processos, sua resiliência o torna um dos mais resistentes disponíveis; com uma incrível classificação de dureza de 9,5, ele permanece muito resistente mesmo com o uso industrial repetido.

Veículos elétricos

À medida que nosso mundo continua sua transição para um futuro sustentável, os veículos elétricos (EVs) desempenham um papel essencial. Os chips de carbeto de silício são parte integrante dos sistemas de energia desses veículos, incluindo carregadores de bordo, conversores CC-CC e sistemas de gerenciamento de bateria (BMS).

Os semicondutores de carbeto de silício podem lidar com tensões e frequências mais altas do que os semicondutores tradicionais, como o silício, minimizando assim a perda de energia e melhorando a eficiência dos principais componentes que permitem sistemas menores e mais leves que diminuem o tamanho da bateria e o alcance da unidade, além de oferecer um desempenho mais suave.

Empresas como a Wolfspeed estão aumentando a produção em suas fábricas de carbeto de silício de 8 polegadas para atender à crescente demanda por MOSFETs de potência e diodos Schottky de carbeto de silício de alto desempenho para veículos elétricos (EV), ajudando os proprietários de EV a reduzir os custos e, ao mesmo tempo, aumentar a autonomia, melhorando a eficiência da conversão de energia por meio de carregadores de bordo, conversores DC-DC e sistemas BMS. Eles também ajudam as baterias a reter a capacidade por mais tempo, simplificando os sistemas de resfriamento que economizam ainda mais energia.

Semicondutores

O carbeto de silício surgiu rapidamente como um ingrediente fundamental em diversas aplicações, como veículos elétricos, inversores solares e sistemas de armazenamento de energia. Ele oferece várias vantagens sobre suas alternativas, incluindo custos reduzidos, maior eficiência e vida útil mais longa.

Devido ao seu amplo bandgap e à alta mobilidade de elétrons, os elétrons podem se mover mais livremente pelo material, o que leva a perdas de comutação muito menores e, portanto, a uma conversão de energia mais eficiente.

Além disso, sua alta condutividade térmica permite que ele resista a temperaturas muito altas sem derreter ou se degradar, o que o torna ideal para uso nos setores aeroespacial e automotivo, nos quais temperaturas operacionais de mais de 1.000F são rotineiras.

O EAG Laboratories tem ampla experiência na análise de SiC usando técnicas de análise em massa e espacialmente resolvidas, o que nos permite verificar a concentração e a distribuição de dopantes, bem como a pureza química; todos os aspectos essenciais para a produção de produtos semicondutores de qualidade a partir dele.

Armazenamento de energia

Ao aproveitar o armazenamento de baterias para lidar com picos e quedas repentinas na demanda de eletricidade, as concessionárias podem evitar investimentos dispendiosos em infraestrutura de transmissão e distribuição. A tecnologia de armazenamento de baterias pode começar a descarregar energia em milissegundos para atender aos requisitos de energia e, ao mesmo tempo, aliviar o congestionamento da rede - economizando o dinheiro dos clientes e proporcionando maior segurança no fornecimento.

Os semicondutores de carbeto de silício apresentam uma tensão de ruptura mais alta do que seus equivalentes de silício, o que os torna ideais para uso em dispositivos de energia de alta tensão, como MOSFETs e IGBTs. Além disso, sua ampla lacuna de banda permite operar em temperaturas de operação muito mais altas com perdas de comutação reduzidas para aumentar a eficiência do dispositivo.

O carbeto de silício (comumente chamado de moissanita) pode ser encontrado naturalmente em meteoritos e sinteticamente por meio de processos de alta temperatura que envolvem a recombinação de areia de sílica com carbono em altas temperaturas. A obtenção de materiais de alta densidade é fundamental para aplicações de SiC. Recentemente, Frage et al demonstraram a viabilidade de um método de fabricação ecologicamente correto que produz um composto RBSC policristalino de densidade total sem usar pirólise, o que pode facilitar os esforços de desenvolvimento de produtos de SiC em aplicações.