Comprendi la vita passata del carburo di silicio!

Il carburo di silicio (SiC) viene fuso ad alta temperatura in un forno a resistenza utilizzando sabbia di quarzo, coke di petrolio (o coke di carbone) e trucioli di legno come materie prime. Il carburo di silicio esiste in natura anche come minerale raro, la moissanite. Il carburo di silicio è anche chiamato moissanite. Tra le materie prime refrattarie high-tech non-ossido contemporanee come C, N e B, il carburo di silicio è quello più utilizzato ed economico. Può essere chiamata sabbia smerigliata o sabbia refrattaria.

1. La vita passata e presente del carburo di silicio
Grazie alle sue proprietà chimiche stabili, all'elevata conduttività termica, al basso coefficiente di dilatazione termica e alla buona resistenza all'usura, il carburo di silicio ha molti altri usi oltre ad essere utilizzato come abrasivo, come il rivestimento in polvere di carburo di silicio con un processo speciale sulla parete interna del girante della turbina o blocco cilindri, può migliorare la resistenza all'usura e prolungarne la durata da 1 a 2 volte; il materiale refrattario avanzato che lo compone è resistente agli shock termici, di piccole dimensioni, leggero, ad alta resistenza e ha un buon effetto di risparmio energetico. Il carburo di silicio di bassa qualità (contenente circa l'85% di SiC) è un eccellente disossidante. Può accelerare la produzione dell’acciaio, facilitare il controllo della composizione chimica e migliorare la qualità dell’acciaio. Inoltre, il carburo di silicio è ampiamente utilizzato anche nella produzione di barre di carburo di silicio per elementi riscaldanti elettrici.
Il carburo di silicio è molto duro, con una durezza Mohs di 9,5, secondo solo al diamante più duro del mondo (livello 10). Ha un'eccellente conduttività termica, è un semiconduttore e può resistere all'ossidazione ad alte temperature.

2. Caratteristiche vantaggiose dei dispositivi al carburo di silicio
Il carburo di silicio (SiC) è attualmente il materiale semiconduttore a banda larga più maturo. I paesi di tutto il mondo attribuiscono grande importanza alla ricerca sul SiC e hanno investito molte risorse umane e materiali nello sviluppo attivo. Non solo Stati Uniti, Europa, Giappone, ecc. Sono stati formulati piani di ricerca corrispondenti a livello nazionale e alcuni giganti internazionali dell'elettronica hanno anche investito molto nello sviluppo di dispositivi a semiconduttore in carburo di silicio.
Rispetto al silicio comune, i componenti che utilizzano il carburo di silicio presentano le seguenti caratteristiche:

Caratteristiche ad alta tensione:
I dispositivi al carburo di silicio hanno una resistenza alla tensione 10 volte superiore a quella dei dispositivi equivalenti al silicio.
La resistenza alla tensione dei tubi Schottky in carburo di silicio può raggiungere i 2400 V.
I tubi a effetto di campo in carburo di silicio possono sopportare tensioni di decine di migliaia di volt e la loro resistenza allo stato attivo non è molto elevata.

Caratteristiche ad alta frequenza:

Caratteristiche ad alta temperatura:
Oggi, quando i materiali Si sono vicini al limite prestazionale teorico, i dispositivi di potenza SiC sono sempre stati considerati "dispositivi ideali" e sono molto attesi per la loro elevata tensione di resistenza, basse perdite, alta efficienza e altre caratteristiche. Tuttavia, rispetto ai precedenti dispositivi in ​​materiale Si, l’equilibrio tra prestazioni e costi dei dispositivi di potenza SiC e la loro richiesta di alta tecnologia diventerà la chiave per far sì che i dispositivi di potenza SiC possano davvero diventare popolari.

Attualmente, i dispositivi in ​​carburo di silicio a bassa potenza sono entrati nella fase pratica di produzione dei dispositivi dal laboratorio. Al momento, il prezzo dei wafer in carburo di silicio è ancora relativamente alto e presentano anche molti difetti. Grazie alla continua ricerca e sviluppo, si prevede che i dispositivi al carburo di silicio domineranno il mercato dei dispositivi di potenza entro il 2010. Ma non è così.

3. Qual è l'attuale situazione di sviluppo dei dispositivi in ​​carburo di silicio?
1. Parametri tecnici: ad esempio, la tensione del diodo Schottky aumenta da 250 volt a più di 1,000 volt, l'area del chip è più piccola, ma la corrente è solo di poche decine di ampere. La temperatura operativa è aumentata a 180 gradi, che è ben lontana dall'introduzione di 600 gradi. La caduta di tensione è ancora più insoddisfacente, non è diversa dal materiale in silicio e l'elevata caduta di tensione diretta deve raggiungere 2 V.
2. Prezzo di mercato: circa 5-6 volte quello della produzione di materiale in silicio.

4. Quali sono le difficoltà nello sviluppo del carburo di silicio (dispositivi SiC)?Il problema nello sviluppo dei dispositivi al carburo di silicio non è il design di principio del chip, in particolare il design della struttura del chip. Non è difficile risolverlo. La difficoltà sta nel realizzare il processo di fabbricazione della struttura del chip. Gli esempi sono i seguenti: 1. Densità dei difetti dei microtubi dei wafer di carburo di silicio. 2. L'efficienza del processo epitassiale è bassa. 3. Il processo di doping prevede requisiti speciali.

4. Produzione del contatto ohmico. 5. Resistenza alla temperatura dei materiali di supporto.

Quelli sopra riportati sono solo alcuni esempi, non tutti. Esistono ancora molti problemi di processo che non hanno soluzioni ideali, come il processo di trenching superficiale del semiconduttore al carburo di silicio, il processo di passivazione terminale e l'impatto dello stato dell'interfaccia dello strato di ossido di gate sulla stabilità a lungo termine dei dispositivi MOSFET al carburo di silicio. L’industria ha già raggiunto un consenso? Conclusioni coerenti, ecc., hanno notevolmente ostacolato il rapido sviluppo dei dispositivi di potenza al carburo di silicio.

5. Panoramica dello sviluppo dei principali campi di applicazione del carburo di silicio

Attualmente, la terza generazione di materiali semiconduttori sta provocando una rivoluzione nel campo dell’energia pulita e una nuova generazione di tecnologie dell’informazione elettronica. Che si tratti di illuminazione, elettrodomestici, apparecchiature elettroniche di consumo, veicoli a nuova energia, reti intelligenti o forniture militari, questi semiconduttori ad alte prestazioni sono materiali molto richiesti. Secondo lo sviluppo dei semiconduttori di terza generazione, le sue principali applicazioni sono l'illuminazione dei semiconduttori, i dispositivi elettronici di potenza, i laser e i rilevatori e altri quattro campi.
1. Illuminazione a semiconduttore
Tra i quattro campi di applicazione, l'industria dell'illuminazione a semiconduttori si è sviluppata più rapidamente e ha formato un settore industriale di decine di miliardi di dollari.
2. Alimentare i dispositivi elettronici
Nel campo dell'elettronica di potenza, l'applicazione dei semiconduttori ad ampio gap di banda è appena iniziata e la dimensione del mercato ammonta solo a poche centinaia di milioni di dollari USA. La sua applicazione è concentrata principalmente nel campo delle attrezzature militari d'avanguardia e si sta gradualmente espandendo anche in campo civile.
3. Laser e rilevatori
Nel campo delle applicazioni laser e rilevatori, i laser basati su GaN possono coprire un ampio spettro e realizzare la produzione di laser blu, verdi e ultravioletti e il rilevamento ultravioletto.
4. Altre applicazioni
Nel campo della ricerca all’avanguardia, i semiconduttori ad ampio gap di banda possono essere utilizzati nelle celle solari, nei biosensori, nei mezzi di produzione di idrogeno a base acquosa e in altre applicazioni emergenti. Attualmente, queste aree calde sono ancora nella fase di ricerca e sviluppo di laboratorio.