Förstå kiselkarbidens tidigare liv!

Kiselkarbid (SiC) smälts vid hög temperatur i en motståndsugn med kvartssand, petroleumkoks (eller kolkoks) och träflis som råmaterial. Kiselkarbid finns också i naturen som ett sällsynt mineral, moissanite. Kiselkarbid kallas också moissanite. Bland samtida icke-oxiderade högteknologiska eldfasta råvaror som C, N och B är kiselkarbid den mest använda och ekonomiska. Det kan kallas smärgelsand eller eldfast sand.

1. Kiselkarbids tidigare och nuvarande liv
På grund av dess stabila kemiska egenskaper, höga värmeledningsförmåga, låga värmeutvidgningskoefficient och goda slitstyrka, har kiselkarbid många andra användningsområden förutom att användas som slipmedel, till exempel beläggning av kiselkarbidpulver med en speciell process på innerväggen av turbinhjul eller cylinderblock, det kan förbättra dess slitstyrka och förlänga dess livslängd med 1 till 2 gånger; det avancerade eldfasta materialet som är tillverkat av det är värmechockbeständigt, liten i storlek, lätt i vikt, hög hållfasthet och har bra energibesparande effekt. Lågvärdig kiselkarbid (innehållande cirka 85 % SiC) är ett utmärkt desoxidationsmedel. Det kan påskynda ståltillverkningen, underlätta kontroll av kemisk sammansättning och förbättra stålkvaliteten. Dessutom används kiselkarbid också i stor utsträckning vid tillverkning av kiselkarbidstavar för elektriska värmeelement.
Kiselkarbid är mycket hård, med en Mohs hårdhet på 9,5, näst efter världens hårdaste diamant (nivå 10). Den har utmärkt värmeledningsförmåga, är en halvledare och kan motstå oxidation vid höga temperaturer.

2. Fördelaktiga egenskaper hos kiselkarbidanordningar
Kiselkarbid (SiC) är för närvarande det mest mogna halvledarmaterialet med breda bandgap. Länder runt om i världen lägger stor vikt vid forskning om SiC och har investerat mycket arbetskraft och materiella resurser i aktiv utveckling. USA, Europa, Japan, etc. är inte bara Motsvarande forskningsplaner har formulerats på nationell nivå, och vissa internationella elektronikjättar har också investerat stort i utvecklingen av kiselkarbidhalvledarenheter.
Jämfört med vanligt kisel har komponenter som använder kiselkarbid följande egenskaper:

Högspänningsegenskaper:
Kiselkarbidenheter är 10 gånger spänningsmotståndet jämfört med motsvarande kiselenheter.
Spänningsmotståndet hos Schottky-rör av kiselkarbid kan nå 2400V.
Kiselkarbidfälteffektrör kan motstå spänningar på tiotusentals volt, och deras på-tillståndsmotstånd är inte särskilt stort.

Högfrekventa egenskaper:

Högtemperaturegenskaper:
Idag, när Si-material är nära den teoretiska prestandagränsen, har SiC-kraftenheter alltid betraktats som "ideala enheter" och är mycket efterlängtade på grund av deras höga motståndsspänning, låga förluster, höga effektivitet och andra egenskaper. Men jämfört med tidigare SiC-materialenheter kommer balansen mellan prestanda och kostnad för SiC-kraftenheter och deras efterfrågan på högteknologi att bli nyckeln till huruvida SiC-kraftenheter verkligen kan bli populära.

För närvarande har kiselkarbidenheter med låg effekt gått in i det praktiska produktionsstadiet från laboratoriet. För närvarande är priset på kiselkarbidskivor fortfarande relativt högt, och de har också många defekter. Genom kontinuerlig forskning och utveckling förväntas det att enheter av kiselkarbid kommer att dominera marknaden för kraftenheter runt 2010. Men så är inte fallet.

3. Vilken är den nuvarande utvecklingssituationen för kiselkarbidenheter?
1. Tekniska parametrar: Till exempel ökar Schottky-diodspänningen från 250 volt till mer än 1,000 volt, chipytan är mindre, men strömmen är bara några tiotals ampere. Driftstemperaturen höjs till 180 grader, vilket är långt ifrån införandet av 600 grader. Spänningsfallet är ännu mer otillfredsställande, det skiljer sig inte från kiselmaterial och det höga framåtspänningsfallet måste nå 2V.
2. Marknadspris: cirka 5 till 6 gånger det för tillverkning av kiselmaterial.

4. Vilka är svårigheterna med utvecklingen av kiselkarbid (SiC) enheter?Problemet med utvecklingen av kiselkarbidanordningar är inte chipets principiella design, särskilt chipstrukturdesignen. Det är inte svårt att lösa det. Svårigheten ligger i att förverkliga tillverkningsprocessen för chipstrukturen. Exempel är följande: 1. Mikrorörsdefektdensitet hos kiselkarbidskivor. 2. Den epitaxiella processeffektiviteten är låg. 3. Dopningsprocessen har särskilda krav.

4. Tillverkning av ohmsk kontakt. 5. Temperaturbeständighet hos bärande material.

Ovanstående är bara några exempel, inte alla. Det finns fortfarande många processproblem som inte har några idealiska lösningar, såsom kiselkarbidhalvledar-ytgravningsprocessen, terminalpassiveringsprocessen och inverkan av gränssnittstillståndet för grindoxidskiktet på den långsiktiga stabiliteten hos MOSFET-enheter av kiselkarbid. Har branschen nått konsensus ännu? Konsekventa slutsatser etc. har avsevärt hindrat den snabba utvecklingen av kraftenheter av kiselkarbid.

5. Utvecklingsöversikt över huvudsakliga användningsområden för kiselkarbid

För närvarande orsakar den tredje generationen av halvledarmaterial en revolution inom ren energi och en ny generation av elektronisk informationsteknik. Oavsett om det är belysning, hushållsapparater, hemelektronikutrustning, nya energifordon, smarta nät eller militära förnödenheter, är dessa högpresterande halvledare Material efterfrågade. Enligt utvecklingen av tredje generationens halvledare är dess huvudsakliga tillämpningar halvledarbelysning, kraftelektronik, lasrar och detektorer och fyra andra områden.
1. Halvledarbelysning
Bland de fyra tillämpningsområdena har halvledarbelysningsindustrin utvecklats snabbast och har bildat en industriskala på tiotals miljarder dollar.
2. Power elektroniska enheter
Inom kraftelektronikområdet har tillämpningen av halvledare med breda bandgap precis börjat, och marknadsstorleken är bara några hundra miljoner US-dollar. Dess tillämpning är huvudsakligen koncentrerad till området för militär spetsutrustning och expanderar gradvis till det civila området.
3. Lasrar och detektorer
Inom området för laser- och detektortillämpningar kan GaN-baserade lasrar täcka ett brett spektrum och realisera tillverkningen av blå, gröna och ultravioletta lasrar och ultraviolett detektion.
4. Andra tillämpningar
Inom området spjutspetsforskning kan halvledare med breda bandgap användas i solceller, biosensorer, vattenbaserade väteproduktionsmedier och andra nya tillämpningar. För närvarande befinner sig dessa heta områden fortfarande i laboratorieforsknings- och utvecklingsstadiet.