Silicijev karbid in njegova uporaba

Silicijev karbid (imenovan tudi karborund) je ena najuporabnejših kemičnih spojin na svetu, ki se v naravi pojavlja le v majhnih količinah kot moissanit v meteoritih ali nahajališčih korunda; večina je ustvarjena sintetično.

Naprave SiC imajo v primerjavi z običajnimi silicijevimi polprevodniki precejšnje prednosti glede zmogljivosti, vključno z manjšimi izgubami energije in manjšimi komponentami, kar pripomore k nižjim stroškom sistema in večji produktivnosti v različnih panogah. Njihova učinkovitost omogoča nove možnosti načrtovanja in povečanje produktivnosti v različnih sektorjih.

Abrazivni

Črni abraziv iz silicijevega karbida se uporablja v različnih aplikacijah za glajenje, oblikovanje in pripravo materialov za premazovanje. Črni silicijev karbid se s svojimi ostrimi samoostrilnimi robovi odlično obdela kovine (zlasti jeklo) in nekovinske materiale, kot sta keramika in steklo.

Zaradi dolge življenjske dobe in vzdržljivosti je aluminijev oksid odličen abraziv za industrijsko uporabo, zlasti pri trših in odpornejših materialih. Natančno lahko opravi težke naloge brušenja, hkrati pa ščiti materiale pred toplotnimi poškodbami in je toplotno odporen - idealne lastnosti pri delu s tršimi in trpežnejšimi materiali.

Abraziv se začne kot kristali, ki nastanejo s karbotermalno redukcijo, nato pa se ohladi in strdi v pesek, ki se predhodno preseje in razvrsti glede na velikost delcev, da izpolnjuje industrijske standarde in zahteve strank. Magnetno ločevanje, pranje s kislino in natančno razvrščanje dodatno zagotavljajo kakovost izdelka. Zaradi teh postopkov je zaradi svoje odpornosti eden najtrših razpoložljivih materialov; z neverjetno oceno trdote 9,5 ostaja zelo odporen tudi pri večkratni industrijski uporabi.

Električna vozila

Pri nadaljnjem prehodu našega sveta v trajnostno prihodnost imajo električna vozila (EV) pomembno vlogo. Čipi iz silicijevega karbida so sestavni del napajalnih sistemov teh vozil, vključno z vgrajenimi polnilniki, pretvorniki DC-DC in sistemi za upravljanje baterij (BMS).

Polprevodniki iz silicijevega karbida lahko prenašajo višje napetosti in frekvence kot tradicionalni polprevodniki, kot je silicij, s čimer se zmanjšajo izgube energije in izboljša učinkovitost ključnih komponent, ki omogočajo manjše in lažje sisteme, ki zmanjšujejo velikost baterije in doseg pogona ter hkrati zagotavljajo bolj gladko delovanje.

Podjetja, kot je Wolfspeed, povečujejo proizvodnjo v svojih 8-palčnih tovarnah silicijevega karbida, da bi zadovoljila naraščajoče povpraševanje po visoko zmogljivih silicijevokarbidnih močnostnih MOSFET-ih in Schottkyjevih diodah za električna vozila (EV), ki pomagajo lastnikom EV znižati stroške in povečati doseg z izboljšanjem učinkovitosti pretvorbe energije z vgrajenimi polnilniki, pretvorniki DC-DC in sistemi BMS. Prav tako pomagajo baterijam, da dlje ohranijo svojo zmogljivost, in poenostavljajo hladilne sisteme, ki prihranijo še več energije.

Polprevodnik

Silicijev karbid je hitro postal ključna sestavina številnih aplikacij, kot so električna vozila, sončni inverterji in sistemi za shranjevanje energije. V primerjavi z alternativami ima različne prednosti, med drugim nižje stroške, večjo učinkovitost in daljšo življenjsko dobo.

Zaradi široke pasovne vrzeli in visoke gibljivosti elektronov se lahko elektroni prosto gibljejo po celotnem materialu, kar vodi do veliko manjših izgub pri preklapljanju in s tem do učinkovitejše pretvorbe energije.

Poleg tega je zaradi visoke toplotne prevodnosti odporen na zelo visoke temperature, ne da bi se stopil ali razgradil, zato je idealen za uporabo v letalski in avtomobilski industriji, kjer so običajne delovne temperature nad 1000 F.

Laboratoriji EAG imajo bogate izkušnje z analizo SiC z uporabo tehnik analize v razsutem stanju in prostorsko ločenih analiz, kar nam omogoča preverjanje koncentracije in porazdelitve dopantov ter kemijske čistosti; vse to so bistveni vidiki za proizvodnjo kakovostnih polprevodniških izdelkov iz SiC.

Shranjevanje energije

Z uporabo baterijskega skladiščenja za reševanje nenadnih skokov in padcev povpraševanja po električni energiji se lahko komunalna podjetja izognejo dragim naložbam v infrastrukturo za prenos in distribucijo. Tehnologija shranjevanja energije v baterijah lahko v milisekundah začne odvajati energijo in tako izpolni zahteve po energiji, hkrati pa ublaži preobremenjenost omrežja - prihrani denar odjemalcem in hkrati zagotovi večjo zanesljivost oskrbe.

Polprevodniki iz silicijevega karbida imajo višjo prebojno napetost kot njihovi silicijevi kolegi, zato so idealni za uporabo v visokonapetostnih napajalnih napravah, kot so MOSFET-i in IGBT-ji. Poleg tega mu široka pasovna vrzel omogoča delovanje pri veliko višjih delovnih temperaturah z manjšimi preklopnimi izgubami, kar povečuje učinkovitost naprave.

Silicijev karbid (običajno imenovan moissanit) je mogoče najti v naravi v meteoritih in sintetično z visokotemperaturnimi postopki, ki vključujejo rekombinacijo kremenčevega peska z ogljikom pri visokih temperaturah. Pri uporabi SiC je ključnega pomena doseči visoko gostoto materialov. Nedavno so Frage in drugi pokazali izvedljivost okolju prijazne proizvodne metode, ki proizvaja polikristalni kompozit RBSC polne gostote brez uporabe pirolize, kar bi lahko olajšalo razvoj izdelkov SiC v aplikacijah.