O que é carbeto de silício?

O carbeto de silício é um dos materiais mais duros conhecidos, ostentando uma dureza Mohs superior à do diamante. Além disso, suas propriedades mecânicas incluem excelentes valores de resistência à tração e módulo de Young.

As propriedades elétricas do grafeno incluem alta mobilidade de elétrons de saturação e resistência à quebra de tensão, o que o torna adequado para eletrônicos de alto desempenho, como inversores.

Composição química

O carbeto de silício (SiC) é uma liga composta de carbono e silício com estruturas de ligação covalente. O SiC pode ser produzido por meio da reação de uma mistura de carbono e sílica em fornos de resistência elétrica a temperaturas que variam entre 1.700 e 2.500 graus Celsius; isso produz um lingote cilíndrico sólido composto de grafite, alfa SiC, material de grau metalúrgico beta SiC, bem como qualquer material não reagido em suas superfícies externas.

O SiC é uma forma cristalina de amarelo a verde a preto-azulado com densidade de 3,21 g cm-3 e sublima a 2.700 graus Celsius; ele também pode se dissolver em soluções alcalinas líquidas e solúveis em ferro.

O SiC é um material policristalino com microestrutura interna variável, dependendo de seu tipo policristalino e do método de formação, com propriedades muito variadas. Uma das principais diferenças entre os polimorfos a-SiC e b-SiC está em seus respectivos sistemas cristalinos: wurtzita hexagonal para a-SiC e carbeto de tungstênio (WC) romboédrico, respectivamente - embora o último tenha um ponto de fusão de 1875 graus Celsius mais baixo do que o seu homólogo, o que o torna a escolha mais popular entre esses polimorfos.

Propriedades físicas

O SiC cristalino consiste em átomos de silício e carbono dispostos em uma estrutura de treliça tridimensional que forma ligações covalentes entre as camadas, o que confere a esse material altos pontos de fusão e resistência à oxidação interna, além de contribuir para sua dureza.

As propriedades elétricas do SiC cristalino dependem de seu polítipo (cúbico, hexagonal ou rômbico). Cada politopo exibe propriedades eletrônicas semicondutoras distintas devido aos diferentes arranjos dos átomos de Si e carbono em sua estrutura cristalina.

Em um processo de produção típico, o SiC puro é sublimado em alta temperatura em uma atmosfera de gás argônio e, em seguida, cristalizado em cristais de semente usando o processo da Lely, criando cristais únicos que são processados posteriormente para aplicações de eletrônica de potência usando estágios de processo bem estabelecidos.

Propriedades mecânicas

As propriedades duras e resistentes ao desgaste do carbeto de silício fazem dele um excelente material abrasivo na lapidação moderna. Além disso, o carbeto de silício também tem sido utilizado como material de revestimento refratário em fornos industriais, bem como na construção de rebolos e ferramentas de corte.

O SiC tem propriedades mecânicas que variam significativamente com base em seus processos de formação e queima, tamanho de grão, pureza, estequiometria e estrutura de poros em seu corpo densificado. A temperatura exerce uma enorme influência sobre essas características, que podem até mesmo diferir muito entre as fontes.

O módulo de Young para SiC denso é de aproximadamente 400-450 GNm-2 a 20 graus Celsius e 360-400 GNm-2 a 1500 graus Celsius; sua resistência ao cisalhamento representa metade desse valor; a resistência à flexão pode ser difícil de medir para esses materiais; os valores relatados na literatura variam entre 500-660 MNm-2 a 20 graus Celsius e cerca de 5000-6000 MNm-2 a 1500 graus Celsius; a resistência à fluência é excelente, enquanto os níveis de tensão devem permanecer dentro de níveis razoáveis para evitar rachaduras e fraturas.

Propriedades elétricas

O carbeto de silício tem a capacidade de resistir a altas temperaturas e reações químicas, oferecendo proteção contra a degradação em ambientes agressivos. Infelizmente, porém, esse material frágil e duro atinge resistência à tração em temperatura ambiente de cerca de 4GPa (Engineering Property Data' 1979).

O SiC é conhecido por sua condutividade elétrica superior e baixa resistência, o que o torna adequado para aplicações eletrônicas de potência e de RF, com baixa resistividade e alta mobilidade de elétrons de saturação que podem ser aproveitadas com grande efeito. Além disso, a durabilidade do SiC se estende à resistência à radiação e ao choque térmico, além de ser duradouro.

Os fabricantes usam vários processos para produzir SiC cúbico. Um método envolve o SiC ligado por reação, produzido pela mistura de carbono em pó com plastificante e queimado; a infusão subsequente pode adicionar silício gasoso ou carbono fundido para formar mais SiC. Outra abordagem utiliza a deposição de vapor químico, por meio da qual os gases entram em uma câmara de vácuo antes de serem depositados em substratos para crescimento; essa tecnologia se mostrou popular no setor de semicondutores.