Zrozum przeszłe życie węglika krzemu!
Jan 16, 2024
Węglik krzemu (SiC) wytapia się w wysokiej temperaturze w piecu oporowym przy użyciu piasku kwarcowego, koksu naftowego (lub koksu węglowego) i zrębków drzewnych jako surowców. Węglik krzemu występuje również w przyrodzie jako rzadki minerał, moissanit. Węglik krzemu nazywany jest także moissanitem. Spośród współczesnych beztlenkowych, zaawansowanych technologicznie surowców ogniotrwałych, takich jak C, N i B, węglik krzemu jest najczęściej stosowanym i ekonomicznym surowcem. Można go nazwać piaskiem szmerglowym lub piaskiem ogniotrwałym.
1. Przeszłe i obecne życie węglika krzemu
Ze względu na stabilne właściwości chemiczne, wysoką przewodność cieplną, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobrą odporność na zużycie, węglik krzemu ma wiele innych zastosowań poza tym, że jest materiałem ściernym, np. powlekanie proszkiem węglika krzemu w specjalnym procesie na wewnętrznej ścianie wirnik turbiny lub blok cylindrów może poprawić jego odporność na zużycie i wydłużyć jego żywotność 1 do 2 razy; wykonany z niego zaawansowany materiał ogniotrwały jest odporny na szok termiczny, ma niewielkie rozmiary, jest lekki, ma dużą wytrzymałość i zapewnia dobry efekt oszczędzania energii. Węglik krzemu niskiej jakości (zawierający około 85% SiC) jest doskonałym odtleniaczem. Może przyspieszyć wytwarzanie stali, ułatwić kontrolę składu chemicznego i poprawić jakość stali. Ponadto węglik krzemu jest również szeroko stosowany w produkcji prętów węglika krzemu do elektrycznych elementów grzejnych.
Węglik krzemu jest bardzo twardy, jego twardość w skali Mohsa wynosi 9,5 i ustępuje jedynie najtwardszemu diamentowi na świecie (poziom 10). Ma doskonałą przewodność cieplną, jest półprzewodnikiem i jest odporny na utlenianie w wysokich temperaturach.
Tabela historii węglika krzemu
| 1905 | W meteorycie po raz pierwszy odkryto węglik krzemu |
| 1907 | Powstaje pierwsza kryształowa dioda elektroluminescencyjna z węglika krzemu |
| 1955 | Dokonując wielkiego przełomu w teorii i technologii, firma LELY zaproponowała koncepcję uprawy wysokiej jakości karbonizacji i od tego czasu SiC jest uważany za ważny materiał elektroniczny. |
| 1958 | Pierwsza Światowa Konferencja węglika krzemu odbyła się w Bostonie w celu wymiany akademickiej |
| 1978 | W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych badania nad węglikiem krzemu prowadzone były głównie w krajach byłego Związku Radzieckiego. W 1978 roku po raz pierwszy przyjęto metodę oczyszczania i wzrostu ziarna opartą na „ulepszonej technologii LELY”. |
| 1987-obecny | W oparciu o wyniki badań CREE stworzono linię do produkcji węglika krzemu, a dostawcy zaczęli dostarczać skomercjalizowane bazy węglika krzemu. |
2. Korzystne właściwości urządzeń z węglika krzemu
Węglik krzemu (SiC) jest obecnie najbardziej dojrzałym materiałem półprzewodnikowym o szerokiej przerwie energetycznej. Kraje na całym świecie przywiązują dużą wagę do badań nad SiC i zainwestowały dużo siły roboczej i zasobów materialnych w aktywny rozwój. Stany Zjednoczone, Europa, Japonia itd. to nie tylko. Odpowiednie plany badawcze zostały sformułowane na poziomie krajowym, a niektórzy międzynarodowi giganci elektroniki również poczynili znaczne inwestycje w rozwój urządzeń półprzewodnikowych z węglika krzemu.
W porównaniu ze zwykłym krzemem elementy wykorzystujące węglik krzemu mają następujące cechy:
Charakterystyka wysokiego napięcia:
Urządzenia z węglika krzemu mają 10-krotnie większą rezystancję napięciową niż równoważne urządzenia krzemowe.
Rezystancja napięciowa rur Schottky'ego z węglika krzemu może osiągnąć 2400 V.
Lampy z efektem polowym z węglika krzemu wytrzymują napięcia rzędu dziesiątek tysięcy woltów, a ich rezystancja w stanie włączenia nie jest zbyt duża.
Charakterystyka wysokiej częstotliwości:
Charakterystyka wysokotemperaturowa:
Obecnie, gdy materiały Si zbliżają się do teoretycznych granic wydajności, urządzenia zasilające SiC zawsze były uważane za „urządzenia idealne” i są bardzo oczekiwane ze względu na ich wysokie napięcie wytrzymywane, niskie straty, wysoką wydajność i inne cechy. Jednak w porównaniu z poprzednimi urządzeniami z materiału Si, kluczem do tego, czy urządzenia zasilające SiC mogą naprawdę stać się popularne, będzie równowaga między wydajnością i kosztem urządzeń zasilających SiC a ich zapotrzebowaniem na zaawansowaną technologię.
Obecnie urządzenia z węglika krzemu małej mocy weszły w etap praktycznej produkcji urządzeń z laboratorium. Obecnie cena płytek z węglika krzemu jest nadal stosunkowo wysoka, a ponadto mają one wiele wad. Oczekuje się, że dzięki ciągłym badaniom i rozwojowi urządzenia z węglika krzemu zdominują rynek urządzeń zasilających około 2010 roku. Jednak tak nie jest.
3. Jaka jest obecna sytuacja w zakresie rozwoju urządzeń z węglika krzemu?
1. Parametry techniczne: Na przykład napięcie diody Schottky'ego wzrasta z 250 woltów do ponad 1,000 woltów, powierzchnia chipa jest mniejsza, ale prąd wynosi tylko kilkadziesiąt amperów. Temperaturę roboczą zwiększa się do 180 stopni, co jest dalekie od wprowadzenia 600 stopni. Spadek napięcia jest jeszcze bardziej niezadowalający, nie różni się od materiału krzemowego, a wysoki spadek napięcia w kierunku przewodzenia musi osiągnąć 2 V.
2. Cena rynkowa: około 5 do 6 razy wyższa niż cena produkcji materiałów krzemowych.
4. Jakie są trudności w rozwoju węglika krzemu (urządzenia SiC?Problemem w rozwoju urządzeń z węglika krzemu nie jest podstawowa konstrukcja chipa, zwłaszcza konstrukcja chipa. Rozwiązanie tego nie jest trudne. Trudność polega na realizacji procesu wytwarzania struktury chipa. Przykłady są następujące: 1. Gęstość defektów mikrorurowych płytek węglika krzemu. 2. Wydajność procesu epitaksjalnego jest niska. 3. Proces dopingu ma specjalne wymagania.
4. Wytworzenie kontaktu omowego. 5. Odporność temperaturowa materiałów nośnych.
Powyższe to tylko kilka przykładów, nie wszystkie. Nadal istnieje wiele problemów procesowych, które nie mają idealnych rozwiązań, takich jak proces rowkowania powierzchni półprzewodników z węglika krzemu, proces pasywacji końcowej i wpływ stanu interfejsu warstwy tlenku bramki na długoterminową stabilność urządzeń MOSFET z węglika krzemu. Czy branża osiągnęła już konsensus? Spójne wnioski itp. znacznie utrudniły szybki rozwój urządzeń zasilających z węglika krzemu.
5. Przegląd rozwoju głównych obszarów zastosowań węglika krzemu
Obecnie trzecia generacja materiałów półprzewodnikowych powoduje rewolucję w czystej energii i nową generację elektronicznych technologii informatycznych. Niezależnie od tego, czy chodzi o oświetlenie, sprzęt AGD, sprzęt elektroniki użytkowej, nowe pojazdy energetyczne, inteligentne sieci czy zaopatrzenie wojskowe, te wysokowydajne półprzewodniki cieszą się dużym zainteresowaniem. Zgodnie z rozwojem półprzewodników trzeciej generacji, ich głównymi zastosowaniami są oświetlenie półprzewodnikowe, urządzenia energoelektroniczne, lasery i detektory oraz cztery inne dziedziny.
1. Oświetlenie półprzewodnikowe
Spośród czterech obszarów zastosowań branża oświetlenia półprzewodnikowego rozwinęła się najszybciej i osiągnęła skalę branżową wartą dziesiątki miliardów dolarów.
2. Urządzenia energoelektroniczne
W dziedzinie energoelektroniki dopiero rozpoczęło się stosowanie półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, a wielkość rynku wynosi zaledwie kilkaset milionów dolarów amerykańskich. Jego zastosowanie koncentruje się głównie w dziedzinie najnowocześniejszego sprzętu wojskowego i stopniowo rozszerza się na dziedzinę cywilną.
3. Lasery i detektory
W dziedzinie zastosowań laserowych i detektorów lasery na bazie GaN mogą obejmować szeroki zakres widma i realizować produkcję laserów niebieskich, zielonych i ultrafioletowych oraz wykrywanie ultrafioletu.
4. Inne zastosowania
W dziedzinie najnowocześniejszych badań półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym można stosować w ogniwach słonecznych, biosensorach, wodnych mediach do produkcji wodoru i innych nowych zastosowaniach. Obecnie te gorące obszary są nadal na etapie badań laboratoryjnych i rozwoju.
Obecnie trzecia generacja materiałów półprzewodnikowych powoduje rewolucję w czystej energii i nową generację elektronicznych technologii informatycznych. Niezależnie od tego, czy chodzi o oświetlenie, sprzęt AGD, sprzęt elektroniki użytkowej, nowe pojazdy energetyczne, inteligentne sieci czy zaopatrzenie wojskowe, te wysokowydajne półprzewodniki cieszą się dużym zainteresowaniem. Zgodnie z rozwojem półprzewodników trzeciej generacji, ich głównymi zastosowaniami są oświetlenie półprzewodnikowe, urządzenia energoelektroniczne, lasery i detektory oraz cztery inne dziedziny.
1. Oświetlenie półprzewodnikowe
Spośród czterech obszarów zastosowań branża oświetlenia półprzewodnikowego rozwinęła się najszybciej i osiągnęła skalę branżową wartą dziesiątki miliardów dolarów.
2. Urządzenia energoelektroniczne
W dziedzinie energoelektroniki dopiero rozpoczęło się stosowanie półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, a wielkość rynku wynosi zaledwie kilkaset milionów dolarów amerykańskich. Jego zastosowanie koncentruje się głównie w dziedzinie najnowocześniejszego sprzętu wojskowego i stopniowo rozszerza się na dziedzinę cywilną.
3. Lasery i detektory
W dziedzinie zastosowań laserowych i detektorów lasery na bazie GaN mogą obejmować szeroki zakres widma i realizować produkcję laserów niebieskich, zielonych i ultrafioletowych oraz wykrywanie ultrafioletu.
4. Inne zastosowania
W dziedzinie najnowocześniejszych badań półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym można stosować w ogniwach słonecznych, biosensorach, wodnych mediach do produkcji wodoru i innych nowych zastosowaniach. Obecnie te gorące obszary są nadal na etapie badań laboratoryjnych i rozwoju.
Para: Nr
Następny: Mikroziarnisty tlenek glinu
