Entenda a vida passada do carboneto de silício!

O carboneto de silício (SiC) é fundido em alta temperatura em um forno de resistência usando areia de quartzo, coque de petróleo (ou coque de carvão) e cavacos de madeira como matéria-prima. O carboneto de silício também existe na natureza como um mineral raro, a moissanita. O carboneto de silício também é chamado de moissanita. Entre as matérias-primas refratárias não óxidos contemporâneas de alta tecnologia, como C, N e B, o carboneto de silício é o mais amplamente utilizado e econômico. Pode ser chamada de areia esmeril ou areia refratária.

1. A vida passada e presente do carboneto de silício
Devido às suas propriedades químicas estáveis, alta condutividade térmica, pequeno coeficiente de expansão térmica e boa resistência ao desgaste, o carboneto de silício tem muitos outros usos além de ser usado como abrasivo, como revestimento de pó de carboneto de silício com um processo especial na parede interna do impulsor de turbina ou bloco de cilindros, pode melhorar sua resistência ao desgaste e prolongar sua vida útil em 1 a 2 vezes; o material refratário avançado feito dele é resistente a choques térmicos, pequeno em tamanho, leve, alto em resistência e tem bom efeito de economia de energia. O carboneto de silício de baixa qualidade (contendo cerca de 85% de SiC) é um excelente desoxidante. Pode acelerar a produção de aço, facilitar o controle da composição química e melhorar a qualidade do aço. Além disso, o carboneto de silício também é amplamente utilizado na produção de hastes de carboneto de silício para elementos de aquecimento elétrico.
O carboneto de silício é muito duro, com dureza Mohs de 9,5, perdendo apenas para o diamante mais duro do mundo (nível 10). Possui excelente condutividade térmica, é um semicondutor e pode resistir à oxidação em altas temperaturas.

2. Características vantajosas de dispositivos de carboneto de silício
O carboneto de silício (SiC) é atualmente o material semicondutor de banda larga mais maduro. Países ao redor do mundo atribuem grande importância à pesquisa do SiC e investiram muitos recursos humanos e materiais no desenvolvimento ativo. Os Estados Unidos, Europa, Japão, etc. não são apenas Planos de pesquisa correspondentes foram formulados em nível nacional, e alguns gigantes internacionais da eletrônica também investiram pesadamente no desenvolvimento de dispositivos semicondutores de carboneto de silício.
Comparados ao silício comum, os componentes que utilizam carboneto de silício têm as seguintes características:

Características de alta tensão:
Dispositivos de carboneto de silício têm 10 vezes a resistência à tensão de dispositivos de silício equivalentes.
A resistência à tensão dos tubos Schottky de carboneto de silício pode chegar a 2.400V.
Os tubos de efeito de campo de carboneto de silício podem suportar tensões de dezenas de milhares de volts e sua resistência no estado ligado não é muito grande.

Características de alta frequência:

Características de alta temperatura:
Hoje, quando os materiais de Si estão próximos do limite teórico de desempenho, os dispositivos de energia de SiC sempre foram considerados "dispositivos ideais" e são altamente esperados devido à sua alta tensão suportável, baixa perda, alta eficiência e outras características. No entanto, em comparação com dispositivos anteriores de material de Si, o equilíbrio entre desempenho e custo dos dispositivos de energia de SiC e sua demanda por alta tecnologia se tornará a chave para saber se os dispositivos de energia de SiC podem realmente se tornar populares.

Atualmente, dispositivos de carboneto de silício de baixa potência entraram na fase prática de produção de dispositivos em laboratório. Atualmente, o preço das pastilhas de carboneto de silício ainda é relativamente alto e elas também apresentam muitos defeitos. Através de pesquisa e desenvolvimento contínuos, espera-se que os dispositivos de carboneto de silício dominem o mercado de dispositivos de energia por volta de 2010. Mas este não é o caso.

3. Qual é a situação atual de desenvolvimento dos dispositivos de carboneto de silício?
1. Parâmetros técnicos: Por exemplo, a tensão do diodo Schottky aumenta de 250 volts para mais de 1,000 volts, a área do chip é menor, mas a corrente é de apenas algumas dezenas de amperes. A temperatura operacional é aumentada para 180 graus, o que está longe da introdução de 600 graus. A queda de tensão é ainda mais insatisfatória, não é diferente do material de silício e a alta queda de tensão direta deve atingir 2V.
2. Preço de mercado: cerca de 5 a 6 vezes o da fabricação de material de silício.

4. Quais são as dificuldades no desenvolvimento do carboneto de silício (dispositivos SiC)?O problema no desenvolvimento de dispositivos de carboneto de silício não é o design principal do chip, especialmente o design da estrutura do chip. Não é difícil resolver isso. A dificuldade está na realização do processo de fabricação da estrutura do chip. Os exemplos são os seguintes: 1. Densidade de defeito de microtubo de pastilhas de carboneto de silício. 2. A eficiência do processo epitaxial é baixa. 3. O processo de dopagem tem requisitos especiais.

4. Produção de contato ôhmico. 5. Resistência à temperatura dos materiais de suporte.

Os itens acima são apenas alguns exemplos, não todos. Ainda existem muitos problemas de processo que não têm soluções ideais, como o processo de abertura de valas de superfície de semicondutores de carboneto de silício, o processo de passivação terminal e o impacto do estado da interface da camada de óxido de porta na estabilidade a longo prazo dos dispositivos MOSFET de carboneto de silício. A indústria já chegou a um consenso? Conclusões consistentes, etc., dificultaram enormemente o rápido desenvolvimento de dispositivos de potência de carboneto de silício.

5. Visão geral do desenvolvimento dos principais campos de aplicação do carboneto de silício

Atualmente, a terceira geração de materiais semicondutores está causando uma revolução na energia limpa e em uma nova geração de tecnologia da informação eletrônica. Quer se trate de iluminação, eletrodomésticos, equipamentos eletrônicos de consumo, novos veículos de energia, redes inteligentes ou suprimentos militares, esses semicondutores de alto desempenho são materiais muito procurados. De acordo com o desenvolvimento de semicondutores de terceira geração, suas principais aplicações são iluminação de semicondutores, dispositivos eletrônicos de potência, lasers e detectores e quatro outros campos.
1. Iluminação semicondutora
Entre os quatro campos de aplicação, a indústria de iluminação semicondutora foi a que se desenvolveu mais rapidamente e formou uma escala industrial de dezenas de bilhões de dólares.
2. Dispositivos eletrônicos de potência
No campo da eletrônica de potência, a aplicação de semicondutores de banda larga acaba de começar e o tamanho do mercado é de apenas algumas centenas de milhões de dólares americanos. Sua aplicação concentra-se principalmente na área de equipamentos militares de última geração e está se expandindo gradativamente para a área civil.
3. Lasers e detectores
No campo de aplicações de laser e detectores, os lasers baseados em GaN podem cobrir uma ampla faixa de espectro e realizar a fabricação de lasers azuis, verdes e ultravioleta e detecção ultravioleta.
4. Outras aplicações
No campo da pesquisa de ponta, semicondutores de banda larga podem ser usados ​​em células solares, biossensores, meios de produção de hidrogênio à base de água e outras aplicações emergentes. Atualmente, essas áreas quentes ainda estão em fase de pesquisa e desenvolvimento laboratorial.