Výhody plátkov z karbidu kremíka

Kremík z kremičitého piesku v kombinácii s uhlíkom z uhlia poskytuje výnimočný materiál: karbid kremíka (SiC). Substráty SiC sú hnacou silou technologického pokroku v elektrických vozidlách, sieťach 5G a ďalších.

Výroba SiC doštičiek si vyžaduje sofistikované technológie a hlboké odborné znalosti a výrobcovia sa musia snažiť o zvýšenie výťažnosti a spoľahlivosti počas výrobných procesov.

Tvrdosť

Karbid kremíka (SiC) je výnimočne tvrdý, odolný neoxidový keramický materiál s niekoľkými výhodnými vlastnosťami. Patrí medzi ne odolnosť voči korózii, oteru a opotrebovaniu, zachovanie pevnosti a húževnatosti pri vysokých teplotách, dobrá tepelná vodivosť a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti - vlastnosti, ktoré robia zo SiC vynikajúci substrátový materiál pre výkonné polovodičové zariadenia.

SiC je univerzálny základný polovodičový materiál, ktorý možno dopovať dusíkom a fosforom, aby sa vytvoril polovodič typu n, alebo berýliom, bórom, hliníkom a gáliom, aby sa vytvoril polovodič typu p. Karbid kremíka alfa (alfa SiC) s hexagonálnou kryštálovou štruktúrou podobnou wurtzitu sa často volí v automobilových meničoch, pretože umožňuje výrobné procesy so zníženou teplotou a zároveň spĺňa požiadavky na výkon a spoľahlivosť meničov pre elektrické vozidlá.

SiC je efektívna alternatíva kremíka, ktorá sa vyznačuje väčšou pásmovou medzerou a nižším odporom zapnutia, čo umožňuje vyššiu rýchlosť spínania a vyššiu účinnosť, čo sú základné komponenty modernej výkonovej elektroniky. Okrem toho sa SiC môže pochváliť vynikajúcimi elektrickými vlastnosťami a vysokou odolnosťou voči elektromagnetickým poruchám, ktoré by inak mohli poškodiť jeho povrch.

Tepelná vodivosť

Karbid kremíka má vynikajúcu tepelnú vodivosť, čo z neho robí vynikajúci materiál pre vysoko výkonné/vysokofrekvenčné zariadenia. Okrem toho táto vlastnosť a vysoká tvrdosť materiálu a široký pásový odstup umožňujú karbidu kremíka odolávať vyšším napätiam a teplotám ako tradičné polovodičové materiály.

Tepelné vlastnosti SiC sú dané predovšetkým jeho atómovou štruktúrou. Má kubickú jednotkovú bunku usporiadanú s vrstvami kremíka a uhlíka striedavo navrstvenými pozdĺž osi c, čo vytvára izotropné elektrické a tepelné vlastnosti konzistentné vo všetkých smeroch. Okrem toho sa SiC môže vyrábať aj v rôznych polytypoch v závislosti od konkrétnych potrieb aplikácie; to, pre ktorý polytyp sa rozhodnete, závisí výlučne od toho, aké polytypy sa vyrábajú.

SiC vyniká ako alternatívny materiál vďaka svojej širokej pásmovej medzere, ktorá umožňuje väčšiu hustotu výkonu a vyššiu rýchlosť spínania, ako aj nižší odpor pri zapnutí a energetickú účinnosť - vlastnosti, ktoré ho robia ideálnym pre vysokonapäťové zariadenia, ako je výkonová elektronika.

Výroba vysokokvalitných plátkov karbidu kremíka je často náročnou výzvou vzhľadom na jeho zložitú atómovú štruktúru, pričom počas procesov rezania a povrchovej úpravy sa často objavujú defekty - problém, ktorý by mohol znížiť výkon zariadenia. Rozsiahla história spoločnosti Pureon v oblasti polovodičov a skúsenosti s výrobou kremíkovo-karbidových doštičiek nám umožnili prísť s účinnými riešeniami, ktoré nám umožňujú úspešne prekonávať takéto prekážky.

Odolnosť voči vysokému napätiu

Karbid kremíka vydrží viac ako dvojnásobok prierazného napätia tradičných kremíkových polovodičov vďaka širokej medzere v pásme, ktorá umožňuje elektrónom ľahší pohyb medzi valenčným a vodivostným pásmom. Vďaka tejto vlastnosti sú kremíkovo-karbidové doštičky vhodné pre elektronické a energetické aplikácie, pretože umožňujú rýchlejšie spínanie, menšie zariadenia a nižšie výrobné náklady.

Kremík (Si) má energetickú medzeru medzi 1,12 eV a 3,26 eV; SiC má ešte širšiu pásmovú medzeru okolo 3,26 eV, vďaka čomu je SiC oveľa rýchlejší a zmenšuje veľkosť zariadenia tým, že umožňuje prenos väčšieho množstva energie naraz.

S pokrokom 5G karbid kremíka umožňuje nové bezdrôtové čipy s väčšou šírkou pásma a kapacitou prenosu dát ako kedykoľvek predtým. Musia sa využívať výkonnejšie tranzistory a karbid kremíka je vďaka vysokorýchlostnému prepínaniu na túto úlohu ideálny.

Ďalšie vlastnosti karbidu kremíka ho predurčujú na vysokorýchlostné, vysokoteplotné a vysokonapäťové aplikácie vrátane odolnosti voči teplotným šokom. Rýchle teplotné výkyvy spôsobujú, že sa rôzne časti rozťahujú a zmršťujú rôznou rýchlosťou, čo spôsobuje praskanie alebo poruchy; karbid kremíka však zostáva nepoškodený vďaka svojej nízkej tepelnej rozťažnosti.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Karbid kremíka dobre znáša vysoké teploty a napätie, čo z neho robí vynikajúci materiál pre aplikácie výkonovej elektroniky. Zvládne vyššie prierazné napätie ako kremík a nižšie spínacie straty pri vysokých frekvenciách, zatiaľ čo jeho široká pásmová medzera umožňuje prevádzku v širšom rozsahu teplôt.

Zariadenia na báze SiC priniesli revolúciu do výkonovej elektroniky a umožnili vytvoriť menšie a energeticky účinnejšie zariadenia. Vďaka vysokej odolnosti voči zapnutiu a schopnosti odolávať vysokým úrovniam napätia sa výborne hodia pre elektrické vozidlá a systémy obnoviteľných zdrojov energie.

Pevnosť a odolnosť karbidu kremíka mu umožňuje odolávať extrémnym podmienkam, ako sú vysoké teploty alebo korozívne prostredie, ako aj lisovať tepelne odolné komponenty pre elektrické aplikácie, ako sú svetelné diódy (LED) alebo detektory. Okrem toho je vďaka svojej pevnosti vhodný na výrobu nábytku do pecí, ako sú ohniskové dosky, rekuperačné rúry, tlačné dosky a klzné koľajnice.

SiC možno dopovať rôznymi prímesami, aby sa zlepšili jeho elektrické vlastnosti, čím sa vytvoria polovodiče typu P, ak sa dopuje hliníkom, bórom alebo gáliom; na druhej strane dopovanie dusíkom a fosforom vedie k polovodičom typu N, čo umožňuje vytvárať komplexné polovodičové zariadenia, ako sú Schottkyho bariérové diódy alebo MOSFETy so zníženými odpormi pri zapnutí.