Enkristallin kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC) är en extremt hård kemisk förening av kisel och kol som förekommer naturligt som mineralet moissanite, men storskalig produktion inleddes 1893 för användning som slipmaterial och i applikationer som kräver extrem hållbarhet, t.ex. bilbromsar och skottsäkra västar.

Physical Vapor Transport Growth Technology har möjliggjort produktion av högkvalitativa mikrorörsfria 4-tums SiC-substrat av n-typ1. Det är dock fortfarande viktigt att ytterligare minska antalet defekter för att förbättra enheternas prestanda och tillförlitlighet.

Fysikaliska egenskaper

Kiselkarbid (SiC) är ett IV-IV kovalent sammansatt halvledarmaterial som består av kisel och kol i lika förhållande och bildar fyra kovalenta bindningar mellan varje Si- och kolatom.

SiC:s breda bandgap gör att det fungerar effektivt vid höga temperaturer och spänningar, vilket gör det lämpligt för kraftelektronikenheter. Dessutom gör dess värmeledningsförmåga, stabilitet och hårdhet det till ett utmärkt val för kylflänsar och substrat i elektroniska enheter, vilket bidrar till att avleda värme mer effektivt än alternativa material.

SiC:s fysikaliska egenskaper ger hög precision och jämnhet vid tillverkning av t.ex. lysdioder och lasrar samt slip- och skärverktyg. SiC spelar också en viktig roll i tillverkningen av teleskopspeglar tack vare sin låga värmeutvidgningskoefficient och styvhet; den låga värmeutvidgningskoefficienten klarar höga temperaturer samtidigt som den skyddas av strålning. Slutligen uppvisar SiC utmärkt korrosionsbeständighet mot syra, alkali och oxidativa miljöer.

Kemiska egenskaper

Kiselkarbid är en anmärkningsvärd förening med unika kemiska och fysiska egenskaper som gör den till ett ovärderligt val för industrier som kräver hållbara komponenter som kan motstå extrema miljöer.

SiC består av tätt sammanbundna kisel- och kolatomer som är bundna i en oregelbunden hexagonal gitterstruktur, vilket ger ämnet dess anmärkningsvärda hårdhet och placerar det på tredje plats på Mohs skala efter diamant och borkarbid.

Dessa egenskaper gör också materialet exceptionellt hållbart: den höga värmeledningsförmågan står emot extrema temperaturer samtidigt som förmågan att behålla sin form under påfrestning förblir oförminskad, och den låga värmeutvidgningskoefficienten bidrar till att minimera dimensionsförändringar vid temperaturväxlingar.

SiC:s kristallina struktur gör också att skyddande beläggningar kan bildas på materialet för att skydda det mot kemiska reaktioner som skulle kunna leda till nedbrytning. Tack vare sin korrosionsbeständighet är SiC ett utmärkt materialval för applikationer som kräver långsiktig prestanda i tuffa driftsmiljöer och som tål kraftiga mekaniska påfrestningar eller tryck.

Mekaniska egenskaper

Kiselkarbid, även kallad korund eller karborundum, är en oorganisk kemisk förening som består av kisel och kol och som bildar halvledare med brett bandgap med kväve- eller fosfordopning för kiselkarbid av n-typ, eller med bor- eller aluminiumdopning för p-typ.

Kiselkarbid sticker ut bland material tack vare sin tätt packade struktur av Si- och C-atomer, vilket gör den extremt stark. Kiselkarbid är ett av de hårdaste ämnena på jorden och har också en hög smältpunkt och exceptionella värmeledningsegenskaper.

Kiselkarbidens styvhet och låga värmeutvidgningskoefficient har gjort det till ett önskvärt material för teleskopspeglar som Herschel Space Telescope. Andra användningsområden för enkristallin kiselkarbid inkluderar bilbromsar och kopplingar, keramiska plattor i skottsäkra västar, syntetisk moissanitproduktion, enkristallin kiselkarbids betydligt längre övergångsdjup mellan duktil-spröd övergång till fraktur, samt repmorfologiska egenskaper vid bearbetning av Si- och C-plan under FIB SEM-analys.

Elektriska egenskaper

Elektriska egenskaper hos enkristallin kiselkarbid har varit föremål för omfattande forskning över hela världen, eftersom de spelar en viktig roll för att skapa högpresterande elektroniska enheter med breda bandgap.

Det har skett en explosionsartad utveckling av tekniker för att mäta bärarkoncentration och resistivitet hos SiC-wafers. Dessa karakteriseringstekniker kan detektera alla föroreningar som finns i dem. För att mäta dessa parametrar symmetriskt över sido- eller tvärsnittsytor används elektriska scanningsprobetekniker eller kontaktlösa resistivitetsmappningsverktyg.

Kiselkarbid (SiC) är ett oorganiskt fast ämne som består av kisel och kol i ett stökiometriskt förhållande, bildat som en elementär förening känd som moissanite ädelsten, producerad genom Lely-processen och används som slipmedel, samt för användning i elektroniska enheter och som en del av elektroniska tillverkningsprocesser. Kiselkarbid är ett av de hårdaste naturmaterialen med överlägsen slitstyrka, hållfasthet och värmeledningsförmåga jämfört med liknande material som finns på andra ställen.