1. Podstawowe cechy i różnorodność krystalograficzna węglika krzemu
1.1 Struktura atomowa i politypiczna złożoność
(Proszek węglika krzemu)
Węglik krzemu (SiC) is a binary substance made up of silicon and carbon atoms set up in an extremely steady covalent latticework, identified by its extraordinary hardness, przewodność cieplna, i cyfrowe nieruchomości mieszkalne.
Unlike conventional semiconductors such as silicon or germanium, SiC does not exist in a single crystal structure however manifests in over 250 distinctive polytypes– crystalline types that differ in the piling sequence of silicon-carbon bilayers along the c-axis.
The most highly relevant polytypes consist of 3C-SiC (sześcienny, zincblende framework), 4H-SiC, i 6H-SiC (oba sześciokątne), each showing subtly various digital and thermal attributes.
Among these, 4H-SiC is especially preferred for high-power and high-frequency digital gadgets as a result of its higher electron flexibility and lower on-resistance contrasted to various other polytypes.
The strong covalent bonding– comprising about 88% covalent and 12% ionic personality– zapewnia niezwykłą wytrzymałość mechaniczną, obojętność chemiczna, i odporność na uszkodzenia radiacyjne, dzięki czemu SiC jest odpowiedni do procedur w ekstremalnych środowiskach.
1.2 Atrybuty elektroniczne i termiczne
Elektroniczna dominacja SiC wynika z jego szerokiego pasma wzbronionego, który waha się od 2.3 eV (3C-SiC) Do 3.3 eV (4H-SiC), znacznie większy niż silikon 1.1 eV.
Ta duża przerwa wzbroniona umożliwia pracę gadżetów SiC w znacznie wyższych temperaturach– tyle, ile 600 °C– bez wewnętrznego generowania dostawców przytłaczającego urządzenie, istotne ograniczenie w urządzeniach elektronicznych opartych na krzemie.
Ponadto, SiC posiada duże, ważne natężenie pola elektrycznego (~ 3 MV/cm), około dziesięć razy więcej niż krzem, umożliwiając cieńsze warstwy dryfu i wyższe napięcia przebicia w urządzeniach zasilających.
Jego przewodność cieplna (~ 3,7– 4.9 W/cm · K dla 4H-SiC) przewyższa miedź, pomagając w efektywnym odprowadzaniu ciepła i obniżając wymagania dotyczące skomplikowanych systemów chłodzenia w zastosowaniach wymagających dużej mocy.
Zawiera dużą prędkość nasycenia elektronów (~ 2 × 10 ⁷ cm/s), budynki te umożliwiają szybszą wymianę tranzystorów i diod opartych na SiC, radzić sobie z wyższymi napięciami, i działają z lepszą wydajnością energetyczną niż ich krzemowe odpowiedniki.
Te cechy łącznie sprawiają, że SiC jest materiałem podstawowym dla energoelektroniki nowej generacji, zwłaszcza w samochodach elektrycznych, systemy energii odnawialnej, i technologie lotnicze.
( Proszek węglika krzemu)
2. Synteza i konstrukcja wysokiej jakości kryształów węglika krzemu
2.1 Rozwój masowych kryształów poprzez fizyczny transport pary
Produkcja o wysokiej czystości, monokrystaliczny SiC należy do najtrudniejszych aspektów jego technicznego wdrożenia, głównie ze względu na wysoką temperaturę sublimacji (~ 2700 °C )i złożona kontrola politypów.
Wiodącą techniką wzrostu objętościowego jest fizyczny transport pary (PVT) strategia, zwana dodatkowo zmodyfikowaną metodą Lely, w którym proszek SiC o wysokiej czystości jest sublimowany w atmosferze argonu w wyższych temperaturach 2200 °C i ponownie osadzono na krysztale zaszczepiającym.
Dokładna kontrola nad spadkami temperatury, obieg gazu, a ciśnienie jest ważne, aby zmniejszyć defekty, takie jak mikrorurki, dyslokacje, oraz dodatki politypowe, które pogarszają wydajność urządzenia.
Pomimo postępów, tempo wzrostu kryształów SiC jest w dalszym ciągu powolne– zazwyczaj 0.1 Do 0.3 mm/godz– co sprawia, że proces jest energochłonny i kosztowny w porównaniu z produkcją wlewków krzemowych.
Ciągłe badania koncentrują się na poprawie orientacji nasion, harmonia dopingowa, i układ tygla w celu zwiększenia najwyższej jakości kryształów i skalowalności.
2.2 Osadzanie warstw epitaksjalnych i podłoża gotowe do użycia
Do produkcji urządzeń cyfrowych, cienka epitaksjalna warstwa SiC jest ekspandowana na podłożu masowym za pomocą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD), zwykle przy użyciu silanu (SiH ₄) i lp (C ₃ WYS. ÓSEM) jako prekursorzy w atmosferze wodoru.
Ta warstwa epitaksjalna musi wykazywać dokładną kontrolę gęstości, zmniejszona gęstość defektów, i dostosowany doping (z azotem dla typu n lub lekkim aluminium dla typu p) do tworzenia obszarów energetycznych gadżetów mocy, takich jak tranzystory MOSFET i diody Schottky'ego.
Nierówność sieci pomiędzy podłożem a warstwą epitaksjalną, wraz z powtarzającymi się naprężeniami wynikającymi z różnic wzrostu termicznego, może powodować wady palowania i przemieszczenia śrub, które wpływają na niezawodność narzędzia.
Zaawansowany nadzór na miejscu i optymalizacja procesów w rzeczywistości znacznie zmniejszyły gęstość wad, umożliwiając biznesową produkcję wysokowydajnych gadżetów SiC o długim okresie eksploatacji.
Ponadto, rozwój metod przetwarzania kompatybilnych z krzemem– takie jak całkowicie suche trawienie, implantacja jonów, i utlenianie w wysokiej temperaturze– pomogło w połączeniu z istniejącymi liniami produkcyjnymi półprzewodników.
3. Zastosowania w urządzeniach energoelektronicznych i rozwiązaniach energetycznych
3.1 Wysokowydajna konwersja mocy i mobilność elektryczna
Węglik krzemu stał się materiałem zwornikowym w nowoczesnych urządzeniach energoelektronicznych, gdzie jego zdolność do przełączania przy wysokich częstotliwościach przy bardzo małych stratach przekłada się bezpośrednio na mniejsze rozmiary, zapalniczka, i wyjątkowo niezawodne systemy.
W samochodach elektrycznych (pojazdy elektryczne), Falowniki oparte na SiC przekształcają energię akumulatora prądu stałego w klimatyzację silnika elektrycznego, działa z częstotliwościami tak samo jak 100 kHz– znacznie więcej niż falowniki krzemowe– zmniejszenie rozmiaru części pasywnych, takich jak cewki indukcyjne i kondensatory.
Skutkuje to zwiększoną grubością mocy, rozszerzona różnorodność jazdy, i ulepszone zarządzanie ciepłem, bezpośrednio zajmuje się istotnymi przeszkodami w stylu EV.
Znaczący producenci i dostawcy samochodów zastosowali tranzystory MOSFET SiC w swoich układach napędowych, osiągnięcie oszczędności finansowych energii na poziomie 5– 10% w przeciwieństwie do opcji na bazie krzemu.
Podobnie, w ładowarkach pokładowych i przetwornicach DC-DC, Gadżety SiC umożliwiają znacznie szybsze ładowanie i wyższą wydajność, przyspieszenie przejścia na transport trwały.
3.2 Zasoby odnawialne i ramy sieci
W fotowoltaice (PV) falowniki fotowoltaiczne, Komponenty mocy SiC zwiększają wydajność konwersji, zmniejszając straty przełączania i przewodzenia, szczególnie w przypadku problemów z częściowymi tonami, powszechnych w wytwarzaniu energii słonecznej.
To ulepszenie zwiększa ogólny zwrot energii z instalacji fotowoltaicznych i obniża wymagania dotyczące chłodzenia, obniżenie cen systemów i zwiększenie niezawodności.
W generatorach wiatrowych, Przetwornice oparte na SiC znacznie skuteczniej radzą sobie ze zmienną częstotliwością pochodzącą z generatorów, umożliwiając lepszą kombinację sieci i wysoką jakość zasilania.
Poprzednie pokolenie, SiC jest wdrażany w istniejących instalacjach wysokiego napięcia (HVDC) systemy przesyłowe i transformatory półprzewodnikowe, gdzie jego wysokie napięcie awarii i zabezpieczenie termiczne są kompaktowe, dystrybucja mocy o dużej wydajności przy minimalnych stratach na duże odległości.
Postępy te są niezbędne do usprawnienia starzejących się sieci elektroenergetycznych i dostosowania rosnącego udziału rozproszonych i okresowych zasobów przyjaznych dla środowiska.
4. Pojawiające się role w technologiach ekstremalnych i technologiach kwantowych
4.1 Działanie w ekstremalnych problemach: Lotnictwo, Jądrowy, i zastosowania w studniach głębinowych
Wytrzymałość SiC sprawia, że przestarzała elektronika znajduje się w atmosferze, w której zawodzą standardowe produkty.
W lotnictwie i systemach ochrony, Czujniki SiC i urządzenia elektroniczne działają dokładnie w wysokiej temperaturze, warunkach wysokiego promieniowania w pobliżu silników odrzutowych, ponownie wjeżdżające ciężarówki, i sondy pokojowe.
Jego odporność na promieniowanie sprawia, że idealnie nadaje się do nadzoru elektrowni atomowych i satelitarnych urządzeń elektronicznych, gdzie narażenie na promieniowanie jonizujące może osłabić urządzenia krzemowe.
Na rynku ropy i gazu, Jednostki czujnikowe oparte na SiC są stosowane w urządzeniach do wiercenia odwiertów, aby wytrzymać przekraczające je poziomy temperatur 300 ° C i korozyjne środowiska chemiczne, umożliwiając zakup danych w czasie rzeczywistym w celu poprawy wydajności usuwania.
Zastosowania te wykorzystują zdolność SiC do zachowania uczciwości architektonicznej i funkcjonalności elektrycznej w warunkach mechanicznych, termiczny, oraz stres chemiczny i niepokój.
4.2 Połączenie bezpośrednio z systemami operacyjnymi fotoniki i wykrywania kwantowego
Przeszłość klasycznych urządzeń elektronicznych, SiC staje się zachęcającym systemem dla technologii kwantowych ze względu na widoczność wad czynników optycznie aktywnych– takie jak wakaty i wakaty w krzemie– które wykazują fotoluminescencję zależną od spinu.
Wady te można skorygować na poziomie temperatury pokojowej, zachowując się jak bity kwantowe (kubity) lub emitery pojedynczych fotonów do interakcji kwantowych i wychwytywania.
Szerokie pasmo wzbronione i niewielka koncentracja na dostawcy usług umożliwiają długie czasy spójności spinu, niezbędne do kwantowego przetwarzania danych.
Ponadto, SiC jest kompatybilny ze strategiami mikrofabrykacji, umożliwiając integrację emiterów kwantowych z obwodami fotonicznymi i rezonatorami.
To połączenie możliwości kwantowych i komercyjnej skalowalności umieszcza SiC jako specjalny produkt łączący przestrzeń pomiędzy podstawową nauką kwantową a użyteczną inżynierią urządzeń.
Podsumowując, węglik krzemu oznacza standardową zmianę w nowoczesnej technologii półprzewodników, wykorzystując niezrównaną wydajność w zakresie efektywności energetycznej, zarządzanie ciepłem, i trwałość ekologiczna.
Od umożliwienia bardziej ekologicznych systemów energetycznych po kontynuację eksploracji kosmosu i światów kwantowych, SiC pozostaje do ponownego zdefiniowania granic tego, co jest wysoce wykonalne.
Sprzedawca
RBOSCHCO jest zaufanym światowym dostawcą materiałów chemicznych & producent z ponad 12 lat doświadczenia w dostarczaniu super wysokiej jakości chemikaliów i nanomateriałów. Firma eksportuje do wielu krajów, takie jak USA, Kanada, Europa, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Republika Południowej Afryki, Tanzania, Kenia, Egipt, Nigeria, Kamerun, Uganda, Indyk, Meksyk, Azerbejdżan, Belgia, Cypr, Czechy, Brazylia, Chile, Argentyna, Dubai, Japonia, Korea, Wietnam, Tajlandia, Malezja, Indonezja, Australia,Niemcy, Francja, Włochy, Portugalia itp. Jako wiodący producent rozwoju nanotechnologii, RBOSCHCO dominuje na rynku. Nasz profesjonalny zespół roboczy dostarcza doskonałe rozwiązania pomagające poprawić efektywność różnych gałęzi przemysłu, stworzyć wartość, i łatwo radzi sobie z różnymi wyzwaniami. Jeśli szukasz taki związek, proszę wysłać e-mail na adres: [email protected]
Tagi: węglik krzemu,mosfet z węglika krzemu,mosfet sic
Wszystkie artykuły i zdjęcia pochodzą z Internetu. Jeśli są jakieś problemy z prawami autorskimi, skontaktuj się z nami na czas, aby usunąć.
Zapytaj nas