Begrijp het vorige leven van siliciumcarbide!

Siliciumcarbide (SiC) wordt bij hoge temperatuur gesmolten in een weerstandsoven met kwartszand, petroleumcokes (of steenkoolcokes) en houtsnippers als grondstoffen. Siliciumcarbide komt in de natuur ook voor als een zeldzaam mineraal, moissaniet. Siliciumcarbide wordt ook wel moissaniet genoemd. Van de hedendaagse niet-oxide hightech vuurvaste grondstoffen zoals C, N en B is siliciumcarbide het meest gebruikte en economische materiaal. Het kan amarilzand of vuurvast zand worden genoemd.

1. Het vroegere en huidige leven van siliciumcarbide
Vanwege de stabiele chemische eigenschappen, de hoge thermische geleidbaarheid, de kleine thermische uitzettingscoëfficiënt en de goede slijtvastheid heeft siliciumcarbide naast het gebruik als schuurmiddel nog vele andere toepassingen, zoals het coaten van siliciumcarbidepoeder met een speciaal proces. Op de binnenwand van de turbinewaaier of cilinderblok, het kan de slijtvastheid verbeteren en de levensduur 1 tot 2 keer verlengen; het geavanceerde vuurvaste materiaal dat ervan is gemaakt, is bestand tegen thermische schokken, klein van formaat, licht van gewicht, hoog in sterkte en heeft een goed energiebesparend effect. Laagwaardig siliciumcarbide (dat ongeveer 85% SiC bevat) is een uitstekende deoxidatiemiddel. Het kan de staalproductie versnellen, de controle op de chemische samenstelling vergemakkelijken en de kwaliteit van staal verbeteren. Daarnaast wordt siliciumcarbide ook veel gebruikt bij de productie van siliciumcarbidestaven voor elektrische verwarmingselementen.
Siliciumcarbide is erg hard, met een Mohs-hardheid van 9,5, de tweede na 's werelds hardste diamant (niveau 10). Het heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid, is een halfgeleider en is bestand tegen oxidatie bij hoge temperaturen.

2. Voordelige kenmerken van siliciumcarbide-apparaten
Siliciumcarbide (SiC) is momenteel het meest volwassen halfgeleidermateriaal met een brede bandafstand. Landen over de hele wereld hechten groot belang aan het onderzoek naar SiC en hebben veel mankracht en materiële middelen geïnvesteerd in actieve ontwikkeling. De Verenigde Staten, Europa, Japan, enz. zijn niet alleen op nationaal niveau overeenkomstige onderzoeksplannen geformuleerd, en sommige internationale elektronicagiganten hebben ook zwaar geïnvesteerd in de ontwikkeling van halfgeleiderapparaten van siliciumcarbide.
Vergeleken met gewoon silicium hebben componenten die gebruik maken van siliciumcarbide de volgende kenmerken:

Hoogspanningskarakteristieken:
Siliciumcarbide-apparaten zijn 10 keer de spanningsweerstand van gelijkwaardige siliciumapparaten.
De spanningsweerstand van Schottky-buizen van siliciumcarbide kan 2400V bereiken.
Veldeffectbuizen van siliciumcarbide zijn bestand tegen spanningen van tienduizenden volt, en hun weerstand in de toestand is niet erg groot.

Hoogfrequente eigenschappen:

Kenmerken bij hoge temperaturen:
Tegenwoordig, nu Si-materialen dicht bij de theoretische prestatielimiet zitten, zijn SiC-vermogensapparaten altijd beschouwd als "ideale apparaten" en er wordt lang naar uitgekeken vanwege hun hoge weerstandsspanning, laag verlies, hoog rendement en andere kenmerken. Vergeleken met eerdere apparaten van Si-materiaal zal de balans tussen prestaties en kosten van SiC-vermogensapparaten en hun vraag naar geavanceerde technologie echter de sleutel worden tot de vraag of SiC-vermogensapparaten echt populair kunnen worden.

Momenteel zijn siliciumcarbide-apparaten met een laag vermogen vanuit het laboratorium de praktische productiefase van apparaten ingegaan. Momenteel is de prijs van siliciumcarbidewafels nog steeds relatief hoog en vertonen ze ook veel gebreken. Door voortdurend onderzoek en ontwikkeling wordt verwacht dat siliciumcarbide-apparaten rond 2010 de markt voor elektrische apparaten zullen domineren. Maar dat is niet het geval.

3. Wat is de huidige ontwikkelingssituatie van siliciumcarbide-apparaten?
1. Technische parameters: De spanning van de Schottky-diode neemt bijvoorbeeld toe van 250 volt tot meer dan 1,000 volt, het chipoppervlak is kleiner, maar de stroom bedraagt ​​slechts enkele tientallen ampère. De bedrijfstemperatuur wordt verhoogd tot 180 graden, wat verre van de introductie van 600 graden is. De spanningsval is zelfs nog onbevredigender, deze verschilt niet van siliciummateriaal en de hoge voorwaartse spanningsval moet 2V bereiken.
2. Marktprijs: ongeveer 5 tot 6 keer die van de productie van siliciummateriaal.

4. Wat zijn de moeilijkheden bij de ontwikkeling van siliciumcarbide (SiC)-apparaten?Het probleem bij de ontwikkeling van siliciumcarbide-apparaten is niet het hoofdontwerp van de chip, en vooral niet het ontwerp van de chipstructuur. Het is niet moeilijk om het op te lossen. De moeilijkheid ligt in het realiseren van het productieproces van de chipstructuur. Voorbeelden zijn als volgt: 1. Microbuisdefectdichtheid van siliciumcarbidewafels. 2. De epitaxiale procesefficiëntie is laag. 3. Aan het dopingproces worden bijzondere eisen gesteld.

4. Productie van ohms contact. 5. Temperatuurbestendigheid van ondersteunende materialen.

Bovenstaande zijn slechts enkele voorbeelden, niet allemaal. Er zijn nog steeds veel procesproblemen waarvoor geen ideale oplossing bestaat, zoals het sleuvengraven van het oppervlak van siliciumcarbide halfgeleiders, het terminale passivatieproces en de impact van de interfacetoestand van de poortoxidelaag op de stabiliteit op lange termijn van siliciumcarbide MOSFET-apparaten. Heeft de sector al een consensus bereikt? Consistente conclusies, enz., hebben de snelle ontwikkeling van siliciumcarbide-energieapparaten enorm belemmerd.

5. Ontwikkelingsoverzicht van de belangrijkste toepassingsgebieden van siliciumcarbide

Momenteel veroorzaakt de derde generatie halfgeleidermaterialen een revolutie in schone energie en een nieuwe generatie elektronische informatietechnologie. Of het nu gaat om verlichting, huishoudelijke apparaten, consumentenelektronica, nieuwe energievoertuigen, slimme netwerken of militaire benodigdheden, er is veel vraag naar deze hoogwaardige halfgeleiders. Volgens de ontwikkeling van halfgeleiders van de derde generatie zijn de belangrijkste toepassingen halfgeleiderverlichting, vermogenselektronische apparaten, lasers en detectoren, en vier andere velden.
1. Halfgeleiderverlichting
Van de vier toepassingsgebieden heeft de halfgeleiderverlichtingsindustrie zich het snelst ontwikkeld en een industriële omvang van tientallen miljarden dollars bereikt.
2. Vermogen elektronische apparaten
Op het gebied van vermogenselektronica is de toepassing van halfgeleiders met een grote bandafstand nog maar net begonnen, en de marktomvang bedraagt ​​slechts een paar honderd miljoen dollar. De toepassing ervan concentreert zich voornamelijk op het gebied van geavanceerde militaire uitrusting en breidt zich geleidelijk uit naar het civiele gebied.
3. Lasers en detectoren
Op het gebied van laser- en detectortoepassingen kunnen op GaN gebaseerde lasers een breed spectrumbereik bestrijken en de productie van blauwe, groene en ultraviolette lasers en ultraviolette detectie realiseren.
4. Andere toepassingen
Op het gebied van baanbrekend onderzoek kunnen halfgeleiders met een brede bandafstand worden gebruikt in zonnecellen, biosensoren, op water gebaseerde waterstofproductiemedia en andere opkomende toepassingen. Momenteel bevinden deze hete gebieden zich nog in de laboratoriumonderzoeks- en ontwikkelingsfase.