Fahami kehidupan lampau silikon karbida!

Silikon karbida (SiC) dilebur pada suhu tinggi dalam relau rintangan menggunakan pasir kuarza, kok petroleum (atau kok arang batu), dan serpihan kayu sebagai bahan mentah. Silikon karbida juga wujud dalam alam semula jadi sebagai mineral yang jarang ditemui, moissanite. Silikon karbida juga dipanggil moissanite. Antara bahan mentah refraktori berteknologi tinggi bukan oksida kontemporari seperti C, N, dan B, silikon karbida adalah yang paling banyak digunakan dan menjimatkan. Ia boleh dipanggil pasir ampelas atau pasir refraktori.

1. Kehidupan masa lalu dan masa kini silikon karbida
Oleh kerana sifat kimianya yang stabil, kekonduksian terma yang tinggi, pekali pengembangan haba yang kecil, dan rintangan haus yang baik, silikon karbida mempunyai banyak kegunaan lain selain digunakan sebagai pelelas, seperti menyalut serbuk silikon karbida dengan proses khas Pada dinding dalaman pendesak turbin atau blok silinder, ia boleh meningkatkan rintangan hausnya dan memanjangkan hayat perkhidmatannya sebanyak 1 hingga 2 kali ganda; bahan refraktori canggih yang diperbuat daripadanya adalah tahan kejutan haba, bersaiz kecil, ringan, kekuatan tinggi, dan mempunyai kesan penjimatan tenaga yang baik. Silikon karbida gred rendah (mengandungi kira-kira 85% SiC) ialah penyahoksida yang sangat baik. Ia boleh mempercepatkan pembuatan keluli, memudahkan kawalan komposisi kimia, dan meningkatkan kualiti keluli. Selain itu, silikon karbida juga digunakan secara meluas dalam pengeluaran rod silikon karbida untuk elemen pemanas elektrik.
Silikon karbida sangat keras, dengan kekerasan Mohs 9.5, kedua selepas berlian paling keras di dunia (tahap 10). Ia mempunyai kekonduksian terma yang sangat baik, merupakan semikonduktor, dan boleh menahan pengoksidaan pada suhu tinggi.

2. Ciri-ciri berfaedah peranti silikon karbida
Silikon karbida (SiC) pada masa ini merupakan bahan semikonduktor celah jalur lebar yang paling matang. Negara-negara di seluruh dunia mementingkan penyelidikan SiC dan telah melaburkan banyak tenaga kerja dan sumber bahan dalam pembangunan aktif. Amerika Syarikat, Eropah, Jepun, dsb. bukan sahaja Pelan penyelidikan yang sepadan telah dirumuskan di peringkat kebangsaan, dan beberapa gergasi elektronik antarabangsa juga telah melabur banyak dalam pembangunan peranti semikonduktor silikon karbida.
Berbanding dengan silikon biasa, komponen menggunakan silikon karbida mempunyai ciri-ciri berikut:

Ciri-ciri voltan tinggi:
Peranti silikon karbida adalah 10 kali ganda rintangan voltan peranti silikon yang setara.
Rintangan voltan tiub Schottky silikon karbida boleh mencapai 2400V.
Tiub kesan medan silikon karbida boleh menahan voltan puluhan ribu volt, dan rintangan pada keadaannya tidak begitu besar.

Ciri frekuensi tinggi:

Ciri-ciri suhu tinggi:
Hari ini, apabila bahan Si menghampiri had prestasi teori, peranti kuasa SiC sentiasa dianggap sebagai "peranti ideal" dan sangat dinanti-nantikan kerana voltan tahan tinggi, kehilangan rendah, kecekapan tinggi dan ciri-ciri lain. Walau bagaimanapun, berbanding dengan peranti bahan Si sebelumnya, keseimbangan antara prestasi dan kos peranti kuasa SiC dan permintaan mereka untuk teknologi tinggi akan menjadi kunci kepada sama ada peranti kuasa SiC benar-benar boleh menjadi popular.

Pada masa ini, peranti silikon karbida berkuasa rendah telah memasuki peringkat pengeluaran peranti praktikal dari makmal. Pada masa ini, harga wafer silikon karbida masih agak tinggi, dan ia juga mempunyai banyak kecacatan. Melalui penyelidikan dan pembangunan berterusan, adalah dijangka bahawa peranti silikon karbida akan menguasai pasaran peranti kuasa menjelang sekitar tahun 2010. Tetapi ini tidak berlaku.

3. Apakah keadaan semasa pembangunan peranti silikon karbida?
1. Parameter teknikal: Sebagai contoh, voltan diod Schottky meningkat daripada 250 volt kepada lebih daripada 1,000 volt, kawasan cip lebih kecil, tetapi arus hanya beberapa puluh amp. Suhu operasi dinaikkan kepada 180 darjah, yang jauh daripada pengenalan 600 darjah. Penurunan voltan adalah lebih tidak memuaskan, ia tidak berbeza dengan bahan silikon, dan penurunan voltan ke hadapan yang tinggi mesti mencapai 2V.
2. Harga pasaran: kira-kira 5 hingga 6 kali ganda daripada pembuatan bahan silikon.

4. Apakah kesukaran dalam pembangunan silikon karbida (peranti SiC?Masalah dalam pembangunan peranti silikon karbida bukanlah reka bentuk prinsip cip, terutamanya reka bentuk struktur cip. Tidak sukar untuk menyelesaikannya. Kesukarannya terletak pada merealisasikan proses pembuatan struktur cip. Contohnya adalah seperti berikut: 1. Ketumpatan kecacatan mikropaip wafer silikon karbida. 2. Kecekapan proses epitaxial adalah rendah. 3. Proses doping mempunyai keperluan khas.

4. Penghasilan sentuhan ohmik. 5. Rintangan suhu bahan sokongan.

Di atas hanyalah beberapa contoh, bukan semua. Masih terdapat banyak masalah proses yang tidak mempunyai penyelesaian yang ideal, seperti proses parit permukaan semikonduktor silikon karbida, proses pempasifan terminal, dan kesan keadaan antara muka lapisan oksida gerbang pada kestabilan jangka panjang peranti MOSFET silikon karbida. Adakah industri telah mencapai kata sepakat? Kesimpulan yang konsisten, dsb., telah banyak menghalang perkembangan pesat peranti kuasa silikon karbida.

5. Gambaran keseluruhan pembangunan bidang aplikasi utama silikon karbida

Pada masa ini, generasi ketiga bahan semikonduktor menyebabkan revolusi dalam tenaga bersih dan generasi baharu teknologi maklumat elektronik. Sama ada lampu, perkakas rumah, peralatan elektronik pengguna, kenderaan tenaga baharu, grid pintar atau bekalan ketenteraan, semikonduktor berprestasi tinggi ini adalah Bahan yang sangat diminati. Mengikut pembangunan semikonduktor generasi ketiga, aplikasi utamanya ialah pencahayaan semikonduktor, peranti elektronik kuasa, laser dan pengesan, dan empat bidang lain.
1. Pencahayaan semikonduktor
Di antara empat bidang aplikasi, industri pencahayaan semikonduktor telah berkembang paling cepat dan telah membentuk skala industri berpuluh-puluh bilion dolar.
2. Kuasa peranti elektronik
Dalam bidang elektronik kuasa, aplikasi semikonduktor jurang jalur lebar baru sahaja bermula, dan saiz pasaran hanya beberapa ratus juta dolar AS. Aplikasinya tertumpu terutamanya dalam bidang peralatan canggih ketenteraan dan secara beransur-ansur berkembang ke bidang awam.
3. Laser dan pengesan
Dalam bidang aplikasi laser dan pengesan, laser berasaskan GaN boleh meliputi julat spektrum yang luas dan merealisasikan pembuatan laser biru, hijau dan ultraungu serta pengesanan ultraungu.
4. Aplikasi lain
Dalam bidang penyelidikan canggih, semikonduktor celah jalur lebar boleh digunakan dalam sel suria, biosensor, media pengeluaran hidrogen berasaskan air, dan aplikasi baru muncul. Pada masa ini, kawasan panas ini masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan makmal.