Izprotiet silīcija karbīda iepriekšējo dzīvi!

Silīcija karbīds (SiC) tiek kausēts augstā temperatūrā pretestības krāsnī, kā izejvielu izmantojot kvarca smiltis, naftas koksu (vai ogļu koksu) un šķeldas. Silīcija karbīds dabā pastāv arī kā rets minerāls, moisanīts. Silīcija karbīdu sauc arī par moissanītu. Starp mūsdienu neoksīdu augsto tehnoloģiju ugunsizturīgām izejvielām, piemēram, C, N un B, silīcija karbīds ir visplašāk izmantotais un ekonomiskākais. To var saukt par smilšu smiltīm vai ugunsizturīgām smiltīm.

1. Silīcija karbīda pagātne un tagadne
Pateicoties tā stabilajām ķīmiskajām īpašībām, augstajai siltumvadītspējai, mazam termiskās izplešanās koeficientam un labai nodilumizturībai, silīcija karbīdam ir daudz citu pielietojumu, ne tikai to izmanto kā abrazīvu, piemēram, silīcija karbīda pulvera pārklāšanai ar īpašu procesu uz silīcija karbīda iekšējās sienas. turbīnas lāpstiņritenis vai cilindru bloks, tas var uzlabot tā nodilumizturību un pagarināt tā kalpošanas laiku 1 līdz 2 reizes; No tā izgatavotais uzlabotais ugunsizturīgais materiāls ir izturīgs pret termisko triecienu, maza izmēra, viegls, ar augstu izturību un labu enerģijas taupīšanas efektu. Zemas kvalitātes silīcija karbīds (satur apmēram 85% SiC) ir lielisks deoksidētājs. Tas var paātrināt tērauda ražošanu, atvieglot ķīmiskā sastāva kontroli un uzlabot tērauda kvalitāti. Turklāt silīcija karbīds tiek plaši izmantots arī silīcija karbīda stieņu ražošanā elektriskajiem sildelementiem.
Silīcija karbīds ir ļoti ciets, ar Mosa cietību 9,5, kas ir otrais tikai pasaulē cietākais dimants (10. līmenis). Tam ir lieliska siltumvadītspēja, tas ir pusvadītājs un var izturēt oksidāciju augstā temperatūrā.

2. Silīcija karbīda ierīču izdevīgās īpašības
Silīcija karbīds (SiC) pašlaik ir visnobriedušākais platjoslas pusvadītāju materiāls. Valstis visā pasaulē SiC izpētei piešķir lielu nozīmi un ir ieguldījušas daudz darbaspēka un materiālo resursu aktīvā attīstībā. ASV, Eiropa, Japāna u.c. ir ne tikai Atbilstoši pētniecības plāni ir formulēti valsts līmenī, un arī daži starptautiski elektronikas giganti ir ieguldījuši lielus līdzekļus silīcija karbīda pusvadītāju ierīču izstrādē.
Salīdzinot ar parasto silīciju, komponentiem, kuros izmanto silīcija karbīdu, ir šādas īpašības:

Augstsprieguma raksturlielumi:
Silīcija karbīda ierīces ir 10 reizes lielākas par līdzvērtīgām silīcija ierīcēm.
Silīcija karbīda Schottky cauruļu sprieguma pretestība var sasniegt 2400 V.
Silīcija karbīda lauka efekta caurules var izturēt desmitiem tūkstošu voltu spriegumu, un to iedarbināšanas pretestība nav ļoti liela.

Augstas frekvences raksturlielumi:

Augstas temperatūras īpašības:
Mūsdienās, kad Si materiāli ir tuvu teorētiskajai veiktspējas robežai, SiC jaudas ierīces vienmēr ir uzskatītas par "ideālām ierīcēm" un ir ļoti gaidītas to augstā izturības sprieguma, zemo zudumu, augstas efektivitātes un citu īpašību dēļ. Tomēr, salīdzinot ar iepriekšējām SiC materiāla ierīcēm, līdzsvars starp SiC barošanas ierīču veiktspēju un izmaksām un to pieprasījumu pēc augstām tehnoloģijām kļūs par atslēgu, vai SiC barošanas ierīces patiešām var kļūt populāras.

Šobrīd mazjaudas silīcija karbīda ierīces no laboratorijas ir nonākušas praktisko ierīču ražošanas stadijā. Šobrīd silīcija karbīda vafeļu cena joprojām ir salīdzinoši augsta, un tām ir arī daudz defektu. Pastāvīgas izpētes un izstrādes rezultātā ir sagaidāms, ka silīcija karbīda ierīces dominēs elektroierīču tirgū līdz aptuveni 2010. gadam. Taču tas tā nav.

3. Kāda ir pašreizējā silīcija karbīda ierīču attīstības situācija?
1. Tehniskie parametri: Piemēram, Šotkija diodes spriegums palielinās no 250 voltiem līdz vairāk nekā 1,000 voltiem, mikroshēmas laukums ir mazāks, bet strāva ir tikai daži desmiti ampēru. Darba temperatūra tiek palielināta līdz 180 grādiem, kas ir tālu no 600 grādu ieviešanas. Sprieguma kritums ir vēl neapmierinošāks, tas neatšķiras no silīcija materiāla, un augstajam tiešā sprieguma kritumam jāsasniedz 2 V.
2. Tirgus cena: apmēram 5 līdz 6 reizes lielāka par silīcija materiāla ražošanu.

4. Kādas ir grūtības silīcija karbīda izstrādē (SiC ) ierīces?Silīcija karbīda ierīču izstrādes problēma nav mikroshēmas principiālais dizains, jo īpaši mikroshēmas struktūras dizains. To nav grūti atrisināt. Grūtības ir saistītas ar mikroshēmas struktūras ražošanas procesa realizāciju. Piemēri ir šādi: 1. Silīcija karbīda plāksnīšu mikrocaurules defektu blīvums. 2. Epitaksiālā procesa efektivitāte ir zema. 3. Dopinga procesam ir īpašas prasības.

4. Omiskā kontakta izgatavošana. 5. Atbalsta materiālu temperatūras izturība.

Iepriekš minētie ir tikai daži piemēri, ne visi. Joprojām pastāv daudzas procesa problēmas, kurām nav ideālu risinājumu, piemēram, silīcija karbīda pusvadītāju virsmas tranšeju rakšanas process, termināla pasivēšanas process un vārtu oksīda slāņa saskarnes stāvokļa ietekme uz silīcija karbīda MOSFET ierīču ilgtermiņa stabilitāti. Vai nozare vēl ir panākusi vienprātību? Konsekventi secinājumi utt., ir lielā mērā kavējuši silīcija karbīda spēka ierīču strauju attīstību.

5. Silīcija karbīda galveno pielietojuma jomu izstrādes pārskats

Pašlaik trešās paaudzes pusvadītāju materiāli izraisa revolūciju tīrā enerģētikā un jaunas paaudzes elektroniskajās informācijas tehnoloģijās. Neatkarīgi no tā, vai tas ir apgaismojums, sadzīves tehnika, plaša patēriņa elektronikas aprīkojums, jauni enerģijas transportlīdzekļi, viedie tīkli vai militārie materiāli, šie augstas veiktspējas pusvadītāji ir Materiāli ir ļoti pieprasīti. Saskaņā ar trešās paaudzes pusvadītāju izstrādi tā galvenie pielietojumi ir pusvadītāju apgaismojums, jaudas elektroniskās ierīces, lāzeri un detektori, kā arī četras citas jomas.
1. Pusvadītāju apgaismojums
No četrām pielietojuma jomām pusvadītāju apgaismojuma nozare ir attīstījusies visstraujāk un veidojusi desmitiem miljardu dolāru lielu nozares mērogu.
2. Jaudas elektroniskās ierīces
Spēka elektronikas jomā tikko sākta platjoslas pusvadītāju pielietošana, un tirgus apjoms ir tikai daži simti miljonu ASV dolāru. Tās pielietojums galvenokārt ir koncentrēts militārā progresīvā aprīkojuma jomā un pakāpeniski tiek paplašināts arī civilajā jomā.
3. Lāzeri un detektori
Lāzeru un detektoru lietojumu jomā uz GaN balstīti lāzeri var aptvert plašu spektra diapazonu un realizēt zilo, zaļo un ultravioleto lāzeru ražošanu un ultravioleto staru noteikšanu.
4. Citas lietojumprogrammas
Progresīvās pētniecības jomā platjoslas pusvadītājus var izmantot saules baterijās, biosensoros, ūdens bāzes ūdeņraža ražošanas vidē un citos jaunos lietojumos. Pašlaik šīs karstās zonas vēl ir laboratorijas izpētes un izstrādes stadijā.