Κατανοήστε την προηγούμενη ζωή του καρβιδίου του πυριτίου!

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) τήκεται σε υψηλή θερμοκρασία σε κλίβανο αντίστασης χρησιμοποιώντας χαλαζιακή άμμο, οπτάνθρακα πετρελαίου (ή οπτάνθρακα) και ροκανίδια ξύλου ως πρώτες ύλες. Το καρβίδιο του πυριτίου υπάρχει επίσης στη φύση ως ένα σπάνιο ορυκτό, ο moissanite. Το καρβίδιο του πυριτίου ονομάζεται επίσης moissanite. Μεταξύ των σύγχρονων πυρίμαχων πρώτων υλών υψηλής τεχνολογίας χωρίς οξείδια όπως C, N και B, το καρβίδιο του πυριτίου είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και οικονομικό. Μπορεί να ονομαστεί σμύριδα ή πυρίμαχη άμμος.

1. Η προηγούμενη και η παρούσα ζωή του καρβιδίου του πυριτίου
Λόγω των σταθερών χημικών ιδιοτήτων του, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, του μικρού συντελεστή θερμικής διαστολής και της καλής αντοχής στη φθορά, το καρβίδιο του πυριτίου έχει πολλές άλλες χρήσεις εκτός από τη χρήση του ως λειαντικό, όπως η επίστρωση σκόνης καρβιδίου του πυριτίου με ειδική διαδικασία Στο εσωτερικό τοίχωμα του πτερωτή στροβίλου ή μπλοκ κυλίνδρων, μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση στη φθορά και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του κατά 1 έως 2 φορές. το προηγμένο πυρίμαχο υλικό που κατασκευάζεται από αυτό είναι ανθεκτικό σε θερμικούς κραδασμούς, μικρό σε μέγεθος, ελαφρύ σε βάρος, υψηλή αντοχή και έχει καλό αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας. Το καρβίδιο του πυριτίου χαμηλής ποιότητας (που περιέχει περίπου 85% SiC) είναι ένας εξαιρετικός αποοξειδωτικός παράγοντας. Μπορεί να επιταχύνει την παραγωγή χάλυβα, να διευκολύνει τον έλεγχο της χημικής σύνθεσης και να βελτιώσει την ποιότητα του χάλυβα. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην παραγωγή ράβδων καρβιδίου του πυριτίου για ηλεκτρικά θερμαντικά στοιχεία.
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι πολύ σκληρό, με σκληρότητα Mohs 9,5, δεύτερο μόνο μετά το σκληρότερο διαμάντι στον κόσμο (επίπεδο 10). Έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, είναι ημιαγωγός και μπορεί να αντισταθεί στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες.

2. Πλεονεκτικά χαρακτηριστικά συσκευών καρβιδίου του πυριτίου
Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι επί του παρόντος το πιο ώριμο υλικό ημιαγωγών ευρείας ζώνης. Οι χώρες σε όλο τον κόσμο αποδίδουν μεγάλη σημασία στην έρευνα του SiC και έχουν επενδύσει πολύ ανθρώπινο δυναμικό και υλικούς πόρους στην ενεργό ανάπτυξη. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ευρώπη, η Ιαπωνία κ.λπ. δεν είναι μόνο Αντίστοιχα ερευνητικά σχέδια έχουν διαμορφωθεί σε εθνικό επίπεδο και ορισμένοι διεθνείς γίγαντες ηλεκτρονικών έχουν επίσης επενδύσει πολλά στην ανάπτυξη συσκευών ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου.
Σε σύγκριση με το συνηθισμένο πυρίτιο, τα συστατικά που χρησιμοποιούν καρβίδιο του πυριτίου έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

Χαρακτηριστικά υψηλής τάσης:
Οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου είναι 10 φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση τάσης των αντίστοιχων συσκευών πυριτίου.
Η αντίσταση τάσης των σωλήνων καρβιδίου του πυριτίου Schottky μπορεί να φτάσει τα 2400V.
Οι σωλήνες εφέ πεδίου καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να αντέξουν τάσεις δεκάδων χιλιάδων βολτ και η αντίστασή τους στην κατάσταση δεν είναι πολύ μεγάλη.

Χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας:

Χαρακτηριστικά υψηλής θερμοκρασίας:
Σήμερα, όταν τα υλικά Si είναι κοντά στο θεωρητικό όριο απόδοσης, οι συσκευές ισχύος SiC θεωρούνταν πάντα ως "ιδανικές συσκευές" και αναμένονται ιδιαίτερα λόγω της υψηλής τάσης αντοχής, της χαμηλής απώλειας, της υψηλής απόδοσης και άλλων χαρακτηριστικών τους. Ωστόσο, σε σύγκριση με προηγούμενες συσκευές υλικού Si, η ισορροπία μεταξύ της απόδοσης και του κόστους των συσκευών ισχύος SiC και της απαίτησής τους για υψηλή τεχνολογία θα γίνει το κλειδί για το εάν οι συσκευές ισχύος SiC μπορούν πραγματικά να γίνουν δημοφιλείς.

Επί του παρόντος, οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου χαμηλής ισχύος έχουν εισέλθει στο στάδιο της πρακτικής παραγωγής συσκευών από το εργαστήριο. Προς το παρόν, η τιμή των γκοφρετών καρβιδίου του πυριτίου εξακολουθεί να είναι σχετικά υψηλή και έχουν επίσης πολλά ελαττώματα. Μέσω της συνεχούς έρευνας και ανάπτυξης, αναμένεται ότι οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου θα κυριαρχήσουν στην αγορά συσκευών ισχύος περίπου μέχρι το 2010. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει.

3. Ποια είναι η τρέχουσα κατάσταση ανάπτυξης των συσκευών καρβιδίου του πυριτίου;
1. Τεχνικές παράμετροι: Για παράδειγμα, η τάση της διόδου Schottky αυξάνεται από 250 βολτ σε περισσότερα από 1,000 βολτ, η περιοχή του τσιπ είναι μικρότερη, αλλά το ρεύμα είναι μόνο μερικές δεκάδες αμπέρ. Η θερμοκρασία λειτουργίας αυξάνεται στους 180 βαθμούς, που απέχει πολύ από την εισαγωγή των 600 βαθμών. Η πτώση τάσης είναι ακόμη πιο μη ικανοποιητική, δεν διαφέρει από το υλικό πυριτίου και η πτώση τάσης προς τα εμπρός πρέπει να φτάσει τα 2V.
2. Τιμή αγοράς: περίπου 5 έως 6 φορές εκείνη της κατασκευής υλικών πυριτίου.

4. Ποιες είναι οι δυσκολίες στην ανάπτυξη καρβιδίου του πυριτίου (SiC ) συσκευές;Το πρόβλημα στην ανάπτυξη συσκευών καρβιδίου του πυριτίου δεν είναι ο κύριος σχεδιασμός του τσιπ, ειδικά ο σχεδιασμός της δομής του τσιπ. Δεν είναι δύσκολο να λυθεί. Η δυσκολία έγκειται στην υλοποίηση της διαδικασίας κατασκευής της δομής του τσιπ. Παραδείγματα είναι τα ακόλουθα: 1. Πυκνότητα ελαττώματος μικροσωλήνων των πλακών καρβιδίου του πυριτίου. 2. Η απόδοση της επιταξιακής διαδικασίας είναι χαμηλή. 3. Η διαδικασία ντόπινγκ έχει ειδικές απαιτήσεις.

4. Παραγωγή ωμικής επαφής. 5. Αντοχή στη θερμοκρασία των υλικών στήριξης.

Τα παραπάνω είναι μόνο μερικά παραδείγματα, όχι όλα. Εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά προβλήματα διεργασίας που δεν έχουν ιδανικές λύσεις, όπως η διαδικασία διάνοιξης επιφανειών ημιαγωγού καρβιδίου του πυριτίου, η διαδικασία παθητικοποίησης τερματικού και η επίδραση της κατάστασης διεπαφής του στρώματος οξειδίου πύλης στη μακροπρόθεσμη σταθερότητα των συσκευών MOSFET καρβιδίου του πυριτίου. Έχει καταλήξει ακόμη ο κλάδος σε συναίνεση; Συνεπή συμπεράσματα, κ.λπ., έχουν εμποδίσει σε μεγάλο βαθμό την ταχεία ανάπτυξη συσκευών ισχύος από καρβίδιο του πυριτίου.

5. Επισκόπηση ανάπτυξης των κύριων πεδίων εφαρμογής του καρβιδίου του πυριτίου

Επί του παρόντος, η τρίτη γενιά υλικών ημιαγωγών προκαλεί επανάσταση στην καθαρή ενέργεια και μια νέα γενιά ηλεκτρονικής τεχνολογίας πληροφοριών. Είτε πρόκειται για φωτισμό, οικιακές συσκευές, καταναλωτικό ηλεκτρονικό εξοπλισμό, νέα ενεργειακά οχήματα, έξυπνα δίκτυα ή στρατιωτικές προμήθειες, αυτοί οι ημιαγωγοί υψηλής απόδοσης είναι Υλικά έχουν μεγάλη ζήτηση. Σύμφωνα με την ανάπτυξη ημιαγωγών τρίτης γενιάς, οι κύριες εφαρμογές του είναι ο φωτισμός ημιαγωγών, οι ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος, τα λέιζερ και οι ανιχνευτές και τέσσερα άλλα πεδία.
1. Φωτισμός ημιαγωγών
Μεταξύ των τεσσάρων πεδίων εφαρμογών, η βιομηχανία φωτισμού ημιαγωγών έχει αναπτυχθεί ταχύτερα και έχει διαμορφώσει μια βιομηχανική κλίμακα δεκάδων δισεκατομμυρίων δολαρίων.
2. Ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος
Στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος, η εφαρμογή ημιαγωγών ευρείας ζώνης μόλις ξεκίνησε και το μέγεθος της αγοράς είναι μόνο μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Η εφαρμογή του επικεντρώνεται κυρίως στον τομέα του στρατιωτικού εξοπλισμού αιχμής και σταδιακά επεκτείνεται και στον πολιτικό τομέα.
3. Λέιζερ και ανιχνευτές
Στον τομέα των εφαρμογών λέιζερ και ανιχνευτών, τα λέιζερ με βάση το GaN μπορούν να καλύψουν ένα ευρύ φάσμα φάσματος και να πραγματοποιήσουν την κατασκευή μπλε, πράσινου και υπεριώδους λέιζερ και υπεριώδους ανίχνευσης.
4. Άλλες εφαρμογές
Στον τομέα της έρευνας αιχμής, οι ημιαγωγοί ευρείας ζώνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλιακά κύτταρα, βιοαισθητήρες, μέσα παραγωγής υδρογόνου με βάση το νερό και άλλες αναδυόμενες εφαρμογές. Επί του παρόντος, αυτές οι καυτές περιοχές βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της εργαστηριακής έρευνας και ανάπτυξης.