Carbura de siliciu și aplicațiile sale

Carbura de siliciu (denumită și carborundum) este unul dintre cei mai utili compuși chimici din lume, doar cantități mici fiind prezente în natură sub formă de moissanite în meteoriți sau depozite de corindon; majoritatea sunt create sintetic.

Dispozitivele SiC oferă avantaje semnificative de performanță față de semiconductorii convenționali din siliciu, inclusiv pierderi mai mici de putere și dimensiuni mai mici ale componentelor, care contribuie la reducerea costurilor sistemului și la creșterea productivității în toate industriile. Eficiența lor permite noi posibilități de proiectare și câștiguri de productivitate în toate sectoarele.

Abraziv

Abrazivul negru din carbură de siliciu poate fi găsit în diverse aplicații pentru netezirea, modelarea și pregătirea materialelor pentru acoperire. Cu marginile sale ascuțite care se ascut singure, carbura neagră de siliciu excelează la prelucrarea metalelor (în special a oțelului), precum și a materialelor nemetalice precum ceramica și sticla.

Durata lungă de viață și durabilitatea fac din oxidul de aluminiu un abraziv excelent pentru uz industrial, în special atunci când este vorba de materiale dure, mai rezistente. Acesta poate face față cu precizie sarcinilor grele de șlefuire, protejând în același timp materialele împotriva deteriorării cauzate de căldură și fiind rezistent la căldură - caracteristici ideale atunci când aveți de-a face cu materiale mai dure și mai rezistente.

Abrazivul începe ca cristale produse prin reducere carbotermală și este ulterior răcit și solidificat în granule, preselectate și clasificate în funcție de dimensiunea particulelor, astfel încât să respecte standardele industriei și cerințele clienților. Separarea magnetică, spălarea cu acid și clasificarea precisă asigură în continuare calitatea produsului. Datorită acestor procese, reziliența sa îl face unul dintre cele mai rezistente disponibile; cu o duritate incredibilă de 9,5, rămâne foarte rezistent chiar și în cazul utilizării industriale repetate.

Vehicule electrice

Pe măsură ce lumea noastră își continuă tranziția către un viitor durabil, vehiculele electrice (EV) joacă un rol esențial. Cipurile din carbură de siliciu fac parte integrantă din sistemele de alimentare ale acestor vehicule - inclusiv încărcătoare de bord, convertoare DC-DC și sisteme de gestionare a bateriilor (BMS).

Semiconductorii din carbură de siliciu pot suporta tensiuni și frecvențe mai mari decât semiconductorii tradiționali, cum ar fi siliciul, minimizând astfel pierderea de energie și îmbunătățind eficiența componentelor cheie care permit sisteme mai mici și mai ușoare care reduc dimensiunea bateriei și autonomia, oferind în același timp performanțe mai fluide.

Companii precum Wolfspeed își măresc producția la fabricile lor de carbură de siliciu de 8 inchi pentru a satisface cererea tot mai mare de MOSFET-uri de putere și diode Schottky din carbură de siliciu de înaltă performanță pentru vehicule electrice (EV), ajutând proprietarii de EV să reducă costurile și să mărească autonomia prin îmbunătățirea eficienței conversiei energiei prin încărcătoare de bord, convertoare DC-DC, sisteme BMS. De asemenea, acestea ajută bateriile să își păstreze capacitatea mai mult timp, simplificând în același timp sistemele de răcire care economisesc și mai multă energie.

Semiconductor

Carbura de siliciu a apărut rapid ca ingredient-cheie în numeroase aplicații, cum ar fi vehiculele electrice, invertoarele solare și sistemele de stocare a energiei. Acesta oferă diverse avantaje față de alternativele sale, inclusiv costuri reduse, eficiență sporită și durată de viață mai lungă.

Datorită bandgap-ului său larg și a mobilității electronice ridicate, electronii se pot deplasa mai liber prin material, ceea ce duce la pierderi de comutare mult reduse și, prin urmare, la o conversie mai eficientă a energiei.

În plus, conductivitatea sa termică ridicată îi permite să reziste la temperaturi foarte ridicate fără să se topească sau să se degradeze, ceea ce îl face ideal pentru utilizarea în industria aerospațială și auto, unde temperaturile de funcționare de peste 1000F sunt de rutină.

Laboratoarele EAG au o vastă experiență în analiza SiC utilizând tehnici de analiză în vrac și cu rezoluție spațială, ceea ce ne permite să verificăm concentrația și distribuția dopanților, precum și puritatea chimică; toate acestea sunt aspecte esențiale pentru fabricarea de produse semiconductoare de calitate din SiC.

Stocarea energiei

Prin utilizarea stocării în baterii pentru a face față creșterilor și scăderilor bruște ale cererii de energie electrică, utilitățile pot evita investițiile costisitoare în infrastructura de transport și distribuție. Tehnologia de stocare a bateriilor poate începe să descarce energie în câteva milisecunde pentru a satisface cerințele de energie, atenuând în același timp congestia rețelei - economisind bani clienților și oferind în același timp o mai mare siguranță a aprovizionării.

Semiconductorii din carbură de siliciu prezintă o tensiune de rupere mai mare decât omologii lor din siliciu, ceea ce îi face ideali pentru utilizarea în dispozitive de putere de înaltă tensiune, cum ar fi MOSFET-urile și IGBT-urile. În plus, banda sa largă le permite să funcționeze la temperaturi de funcționare mult mai ridicate cu pierderi de comutare reduse pentru a crește eficiența dispozitivului.

Carbura de siliciu (denumită în mod obișnuit moissanite) poate fi găsită atât în mod natural în meteoriți, cât și sintetic prin procese la temperaturi ridicate care implică recombinarea nisipului silicios cu carbon la temperaturi ridicate. Obținerea de materiale cu densitate ridicată este esențială pentru aplicațiile SiC. Recent, Frage et al au demonstrat fezabilitatea unei metode de fabricație ecologice care produce un compozit RBSC policristalin de densitate maximă fără a utiliza piroliza - ceea ce ar putea facilita eforturile de dezvoltare a produselor SiC în aplicații.