1. Асноўныя характарыстыкі і крышталяграфічная разнавіднасць карбіду крэмнію
1.1 Будова атама і палітыпічная складанасць
(Парашок карбіду крэмнія)
Карбід крэмнію (SiC) гэта бінарнае рэчыва, якое складаецца з атамаў крэмнію і вугляроду, створаных у надзвычай устойлівую кавалентную рашотку, вызначаецца сваёй незвычайнай цвёрдасцю, цеплаправоднасць, і лічбавая жылая нерухомасць.
У адрозненне ад звычайных паўправаднікоў, такіх як крэмній або германій, SiC не існуе ў адзінай крышталічнай структуры, аднак выяўляецца ў больш 250 адметныя палітыпы– крышталічныя тыпы, якія адрозніваюцца паслядоўнасцю нагрувашчвання двухслояў крэмній-вуглярод уздоўж восі с.
Найбольш важныя палітыпы складаюцца з 3C-SiC (кубічны, каркас з цынкавай абманкі), 4H-SiC, і 6H-SiC (абодва шасцігранныя), кожная дэманструе розныя лічбавыя і цеплавыя атрыбуты.
Сярод такіх, 4H-SiC асабліва пераважны для магутных і высокачашчынных лічбавых гаджэтаў з-за яго больш высокай гнуткасці электронаў і меншага супраціву ўключэнню ў адрозненне ад розных іншых палітыпаў.
Моцная кавалентная сувязь– які змяшчае каля 88% кавалентны і 12% іоннай асобы– забяспечвае выдатную механічную трываласць, хімічная інэртнасць, і ўстойлівасць да радыяцыйных пашкоджанняў, што робіць SiC прыдатным для працэдуры ў экстрэмальных умовах.
1.2 Электронныя і цеплавыя атрыбуты
Электронная перавага SiC вынікае з яго шырокай забароненай зоны, які вагаецца ад 2.3 эВ (3C-SiC) каб 3.3 эВ (4H-SiC), рэзка больш, чым у крэмнія 1.1 эВ.
Гэты вялікі зазор дазваляе гаджэтам SiC працаваць пры значна больш высокіх тэмпературных узроўнях– столькі, колькі 600 °C– без унутранай генерацыі пастаўшчыка, якая перагружае прыладу, жыццёва важнае абмежаванне ў электронных прыладах на аснове крэмнія.
Акрамя таго, SiC валодае высокай важнай напружанасцю электрычнага поля (~ 3 МВ/см), прыкладна ў дзесяць разоў больш крэмнію, стварэнне больш тонкіх дрэйфавых слаёў і больш высокіх напружанняў прабоя ў сілавых прыладах.
Яго цеплаправоднасць (~ 3,7– 4.9 Вт/см · К для 4H-SiC) пераўзыходзіць медзь, дапамагае ў эфектыўным рассейванні цяпла і зніжае патрэбу ў складаных сістэмах астуджэння ў прылажэннях высокай магутнасці.
Уключаны з высокай хуткасцю насычэння электронаў (~ 2 × 10 ⁷ см/с), гэтыя будынкі дазваляюць транзістарам і дыёдам на аснове SiC мяняцца хутчэй, мець справу з больш высокім напружаннем, і працуюць з лепшай энергаэфектыўнасцю, чым іх крамянёвыя аналагі.
Гэтыя якасці разам робяць SiC асноватворным матэрыялам для сілавой электронікі наступнага пакалення, асабліва ў электрамабілях, сістэмы аднаўляльных крыніц энергіі, і аэракасмічныя тэхналогіі.
( Парашок карбіду крэмнія)
2. Сінтэз і пабудова высакаякасных крышталяў карбіду крэмнію
2.1 Развіццё масавых крышталяў праз фізічны транспарт пароў
Прадукцыя высокай чысціні, монакрыштальны SiC з'яўляецца адным з самых складаных аспектаў яго тэхнічнага разгортвання, у асноўным з-за высокай тэмпературы сублімацыі (~ 2700 °C )і комплекснае палітыпнае кіраванне.
Вядучай тэхнікай масавага росту з'яўляецца фізічная транспарціроўка пароў (PVT) стратэгія, дадаткова называюць мадыфікаваным метадам Лелі, у якім высакачысты парашок SiC сублімуюць у атмасферы аргону пры тэмпературах, якія перавышаюць 2200 ° C і паўторна асаджаны на затравочны крышталь.
Дакладны кантроль над схіламі тэмпературы, цыркуляцыя газу, і ціск важны для памяншэння дэфектаў, такіх як мікратрубы, вывіхі, і політыпныя дапаўненні, якія пагаршаюць эфектыўнасць прылады.
Нягледзячы на поспехі, хуткасць росту крышталяў SiC працягвае быць павольнай– звычайна 0.1 каб 0.3 мм/г– што робіць працэс энергаёмістым і дарагім у параўнанні з вытворчасцю зліткаў крэмнія.
Пастаянныя даследаванні сканцэнтраваны на павышэнні арыентацыі насення, допінг гармонія, і размяшчэнне тыгля для павышэння высокай якасці і маштабаванасці крышталя.
2.2 Нанясенне эпітаксійнага пласта і гатовыя да прылады субстраты
Для вытворчасці лічбавых прылад, тонкі эпітаксійны пласт SiC пашыраецца на аб'ёмнай падкладцы з дапамогай хімічнага асаджэння з паравай фазы (ССЗ), звычайна з выкарыстаннем сілану (SiH ₄) і л.п (C ₃ H ВОСЕМ) як папярэднікі ў вадародным асяроддзі.
Гэты эпитаксиальный пласт павінен дэманстраваць дакладны кантроль шчыльнасці, паменшаная шчыльнасць дэфектаў, і адаптаваны допінг (з азотам для n-тыпу або лёгкім алюмініем для p-тыпу) для стварэння энергетычных абласцей сілавых гаджэтаў, такіх як MOSFET і дыёды Шоткі.
Няроўнасць рашоткі паміж падкладкай і эпітаксійным пластом, разам з перыядычным стрэсам ад цеплавых розніц росту, могуць уяўляць сабой няспраўнасці палі і вывіхі шруб, якія ўплываюць на надзейнасць інструмента.
Удасканаленае назіранне на месцы і аптымізацыя працэсаў на самай справе істотна знізілі шчыльнасць дэфектаў, што робіць магчымым бізнес-вытворчасць высокапрадукцыйных гаджэтаў з SiC з працяглым тэрмінам службы.
Акрамя таго, развіццё крэмній-сумяшчальных метадаў апрацоўкі– напрыклад, цалкам сухое тручэнне, іённая імплантацыя, і высокатэмпературнае акісленне– дапамог з аб'яднаннем у існуючыя лініі па вытворчасці паўправаднікоў.
3. Прымяненне ў сілавых электронных прыладах і энергетычных рашэннях
3.1 Высокаэфектыўнае пераўтварэнне энергіі і электрычная мабільнасць
Карбід крэмнія фактычна стаў ключавым матэрыялам у сучасных сілавых электронных прыладах, дзе яго здольнасць пераключацца на высокіх частотах з вельмі невялікімі стратамі ператвараецца ў меншы памер, лягчэй, і дадатковыя надзейныя сістэмы.
У электрамабілях (Электромабілі), Інвертары на аснове SiC пераўтвараюць энергію батарэі пастаяннага току ў кандыцыянер для электрарухавіка, працуе на частотах столькі, колькі 100 кГц– значна больш, чым інвертары на аснове крэмнія– памяншэнне памеру пасіўных частак, такіх як індуктары і кандэнсатары.
Гэта прыводзіць да павелічэння магутнасці, пашыраная разнастайнасць кіравання, і палепшанае кіраванне тэмпературай, непасрэдна звяртацца да жыццёва важных перашкод у стылі EV.
Вядомыя вытворцы і пастаўшчыкі аўтамабіляў выкарыстоўваюць SiC MOSFET у сваіх сістэмах прывада, дасягненне эканоміі энергіі 5– 10% у адрозненне ад варыянтаў на аснове крэмнія.
Сапраўды гэтак жа, у бартавых зарадных прыладах і пераўтваральніках DC-DC, Гаджэты SiC забяспечваюць значна больш хуткую зарадку і высокую прадукцыйнасць, паскарэнне пераходу на працяглы транспарт.
3.2 Рамка аднаўляльных рэсурсаў і сеткі
У фотаэлектрыцы (PV) сонечныя інвертары, Кампаненты харчавання SiC павышаюць прадукцыйнасць пераўтварэння за кошт памяншэння страт пры пераключэнні і праводнасці, асабліва пры няпоўных праблемах тон, распаўсюджаных пры выпрацоўцы сонечнай энергіі.
Гэта паляпшэнне павышае агульную аддачу энергіі ад сонечных установак і зніжае патрабаванні да астуджэння, зніжэнне коштаў сістэмы і павышэнне надзейнасці.
У ветрагенератары, Канвертары на аснове SiC нашмат больш эфектыўна спраўляюцца з выхадам з пераменнай частатой ад генератараў, забяспечваючы лепшае спалучэнне сеткі і высокую якасць электраэнергіі.
Мінулае пакаленне, SiC разгортваецца ў высакавольтнай прамой існуючай (HVDC) сістэмы перадачы і цвёрдацельныя трансфарматары, дзе яго высокае напружанне няспраўнасці і цеплавая бяспека падтрымліваюць кампактнасць, магутнае размеркаванне электраэнергіі з мінімальнымі стратамі на далёкія адлегласці.
Гэтыя дасягненні маюць важнае значэнне для паляпшэння састарэлых электрасетак і забеспячэння расце долі рассеяных і перыядычных экалагічна чыстых рэсурсаў.
4. Новыя ролі ў экстрэмальных умовах і квантавых тэхналогіях
4.1 Аперацыя ў экстрэмальных задачах: Аэракасмічная, Ядзерная, і Deep-Well прыкладанняў
Устойлівасць карбіда карбіда карбіда пераносіць мінулую электроніку ў атмасферы, дзе стандартныя вырабы не працуюць.
У касманаўтыцы і сістэмах абароны, Датчыкі SiC і электронныя прылады працуюць дакладна пры высокай тэмпературы, радыяцыйныя ўмовы каля рэактыўных рухавікоў, грузавікі для паўторнага ўезду, і пакаёвыя зонды.
Яго радыяцыйная трываласць робіць яго аптымальным для назірання за атамнымі электрастанцыямі і спадарожнікавых электронных прылад, дзе ўздзеянне іанізуючага выпраменьвання можа аслабіць крамянёвыя прылады.
На рынку нафты і газу, Датчыкі на аснове SiC выкарыстоўваюцца ў свідравінных прыладах для вытрымлівання тэмпературных узроўняў, якія перавышаюць 300 ° C і агрэсіўныя хімічныя асяроддзя, дазваляючы купляць дадзеныя ў рэжыме рэальнага часу для паляпшэння прадукцыйнасці выдалення.
Гэтыя прыкладанні выкарыстоўваюць здольнасць SiC захоўваць архітэктурную сумленнасць і электрычную функцыянальнасць пры механічным, тэрмічны, і хімічны стрэс і трывога.
4.2 Аб'яднанне прама ў фатоніку і аперацыйныя сістэмы квантавага зандзіравання
Мінулыя класічныя электронныя прылады, SiC становіцца абнадзейлівай сістэмай для квантавых тэхналогій з-за бачнасці дэфектаў аптычна актыўнага фактару– такія як дзівакансіі і крэмніевыя вакансіі– якія дэманструюць спіназалежную фоталюмінесцэнцыю.
Гэтыя дэфекты можна рэгуляваць на ўзроўні пакаёвай тэмпературы, дзейнічаючы як квантавыя біты (кубіты) або аднафатонныя выпраменьвальнікі для квантавага ўзаемадзеяння і падхопу.
Шырокая забароненая паласа і нізкая ўласная накіраванасць пастаўшчыка паслуг забяспечваюць працяглы час кагерэнтнасці кручэння, неабходны для квантавай апрацоўкі даных.
Акрамя таго, SiC сумяшчальны са стратэгіямі мікрафабрыкацыі, дазваляе інтэграцыю квантавых выпраменьвальнікаў у фатонныя схемы і рэзанатары.
Гэта спалучэнне квантавых магчымасцей і камерцыйнай маштабаванасці робіць SiC спецыяльным прадуктам, які пераадольвае прастору паміж фундаментальнай квантавай навукай і распрацоўкай карысных прылад.
Падводзячы вынік, карбід крэмнію азначае стандартную змену сучаснай паўправадніковай тэхналогіі, выкарыстоўваючы неперасягненую прадукцыйнасць у энергаэфектыўнасці, цеплавое кіраванне, і экалагічная трываласць.
Ад стварэння магчымых для больш экалагічных энергетычных сістэм да падтрымання даследаванняў космасу і квантавых светаў, SiC застаецца перавызначыць межы таго, што вельмі магчыма.
Пастаўшчык
RBOSCHCO з'яўляецца надзейным сусветным пастаўшчыком хімічных матэрыялаў & вытворца з над 12 шматгадовы вопыт у прадастаўленні вельмі якасных хімічных рэчываў і нанаматэрыялаў. Кампанія экспартуе ў многія краіны, такія як ЗША, Канада, Еўропа, ААЭ, Паўднёвая Афрыка, Танзанія, Кенія, Егіпет, Нігерыя, Камерун, Уганда, Турцыя, Мексіка, Азербайджан, Бельгія, Кіпр, Чэхія, Бразілія, Чылі, Аргенціна, Дубай, Японія, Карэя, В'етнам, Тайланд, Малайзія, Інданезія, Аўстралія,Нямеччына, Францыя, Італія, Партугалія і інш. Як вядучы вытворца нанатэхналагічных распрацовак, RBOSCHCO дамінуе на рынку. Наша прафесійная каманда прапануе ідэальныя рашэнні для павышэння эфектыўнасці розных галін прамысловасці, ствараць каштоўнасць, і лёгка спраўляцца з рознымі праблемамі. Калі вы шукаеце так злучэнне, адпраўце ліст на адрас: [email protected]
Тэгі: карбід крэмнію,карбід крэмнія mosfet,mosfet sic
Усе артыкулы і малюнкі з Інтэрнэту. Калі ёсць праблемы з аўтарскім правам, калі ласка, звяжыцеся з намі своечасова, каб выдаліць.
Запытайце нас