1. Základné vlastnosti a kryštalografická rozmanitosť karbidu kremíka
1.1 Atómová štruktúra a polytypická zložitosť
(Prášok karbidu kremíka)
Karbid kremíka (SiC) je binárna látka zložená z atómov kremíka a uhlíka v extrémne stabilnej kovalentnej mriežke, vyznačuje sa mimoriadnou tvrdosťou, tepelná vodivosť, a digitálnych rezidenčných nehnuteľností.
Na rozdiel od bežných polovodičov, ako je kremík alebo germánium, SiC neexistuje v jedinej kryštálovej štruktúre, ale prejavuje sa viac 250 výrazné polytypy– kryštalické typy, ktoré sa líšia v poradí vrhnutí kremíkovo-uhlíkových dvojvrstiev pozdĺž osi c.
Najrelevantnejšie polytypy pozostávajú z 3C-SiC (kubický, rám zincblende), 4H-SiC, a 6H-SiC (obe šesťhranné), každý z nich vykazuje jemne odlišné digitálne a tepelné atribúty.
Medzi tieto, 4H-SiC je obzvlášť preferovaný pre vysokovýkonné a vysokofrekvenčné digitálne prístroje v dôsledku jeho vyššej elektrónovej flexibility a nižšieho odporu na rozdiel od rôznych iných polytypov..
Silná kovalentná väzba– zahŕňajúce asi 88% kovalentné a 12% iónska osobnosť– poskytuje pozoruhodnú mechanickú pevnosť, chemická inertnosť, a odolnosť voči radiačnému poškodeniu, vďaka čomu je SiC vhodný pre postupy v extrémnych prostrediach.
1.2 Elektronické a tepelné vlastnosti
Elektronická nadradenosť SiC pramení z jeho širokého pásma, ktorá sa pohybuje od 2.3 eV (3C-SiC) do 3.3 eV (4H-SiC), dramaticky väčší ako kremík 1.1 eV.
Táto veľká bandgap umožňuje SiC gadgets pracovať pri oveľa vyšších teplotných úrovniach– toľko ako 600 °C– bez toho, aby vnútorná generácia poskytovateľa zahltila zariadenie, zásadné obmedzenie v elektronických zariadeniach na báze kremíka.
Ďalej, SiC má vysokú intenzitu elektrického poľa (~ 3 MV/cm), približne desaťnásobok kremíka, čo umožňuje tenšie driftové vrstvy a vyššie prierazné napätie v napájacích zariadeniach.
Jeho tepelná vodivosť (~ 3.7– 4.9 W/cm · K pre 4H-SiC) prevyšuje medené, pomáha pri efektívnom rozptyle tepla a znižuje požiadavky na zložité chladiace systémy vo vysokovýkonných aplikáciách.
Zahrnuté s vysokou rýchlosťou saturácie elektrónov (~ 2 × 10 ⁷ cm/s), tieto budovy umožňujú rýchlejšiu výmenu tranzistorov a diód na báze SiC, vyrovnať sa s vyšším napätím, a fungujú s lepším energetickým výkonom ako ich kremíkové náprotivky.
Tieto vlastnosti spoločne stavajú SiC ako základný materiál pre výkonovú elektroniku novej generácie, najmä v elektrických automobiloch, obnoviteľné energetické systémy, a kozmické technológie.
( Prášok karbidu kremíka)
2. Syntéza a konštrukcia vysokokvalitných kryštálov karbidu kremíka
2.1 Vývoj hmoty kryštálov prostredníctvom fyzického transportu pár
Výroba vysokej čistoty, monokryštálový SiC patrí medzi najťažšie aspekty jeho technického nasadenia, hlavne kvôli vysokej teplote sublimácie (~ 2700 °C )a komplexná kontrola polytypov.
Poprednou technikou hromadného rastu je fyzická preprava pár (PVT) stratégie, ďalej označovaná ako modifikovaná metóda Lely, pri ktorej sa vysoko čistý prášok SiC sublimuje v argónovej atmosfére pri teplotách presahujúcich hranice 2200 °C a znovu sa nanesie na očkovací kryštál.
Presná kontrola nad teplotnými sklonmi, obeh plynu, a tlak je dôležitý na zníženie defektov, ako sú mikrorúrky, dislokácie, a polytypové prídavky, ktoré znižujú účinnosť zariadenia.
Napriek pokrokom, rýchlosť rastu kryštálov SiC je naďalej pomalá– zvyčajne 0.1 do 0.3 mm/h– vďaka čomu je proces energeticky náročný a drahý v porovnaní s výrobou kremíkových ingotov.
Neustály výskum sa zameriava na zlepšenie orientácie semien, dopingová harmónia, a rozloženie téglika na zvýšenie špičkovej kvality a škálovateľnosti kryštálov.
2.2 Nanášanie epitaxnej vrstvy a substráty pripravené pre zariadenie
Na výrobu digitálnych zariadení, tenká epitaxná vrstva SiC je expandovaná na objemovom substráte pomocou chemického nanášania pár (CVD), zvyčajne s použitím silanu (SiH ₄) a lp (C ₃ H EIGHT) ako predchodcovia vo vodíkovom prostredí.
Táto epitaxná vrstva musí vykazovať presnú kontrolu hustoty, znížená hustota defektov, a doping na mieru (s dusíkom pre typ n alebo ľahkým hliníkom pre typ p) na vytvorenie energetických oblastí energetických zariadení, ako sú MOSFET a Schottkyho diódy.
Nerovnosť mriežky medzi substrátom a epitaxnou vrstvou, spolu s opakujúcim sa stresom z teplotných rastových rozdielov, môžu predstavovať chyby pilóty a dislokácie skrutiek, ktoré ovplyvňujú spoľahlivosť nástroja.
Pokročilý in-situ dohľad a optimalizácia procesov v skutočnosti podstatne znížili hustotu defektov, čo umožňuje obchodnú výrobu vysokovýkonných SiC gadgetov s dlhou prevádzkovou životnosťou.
Okrem toho, pokrok v metódach spracovania kompatibilných s kremíkom– ako je úplne suché leptanie, implantácia iónov, a vysokoteplotnou oxidáciou– pomohla s kombináciou do existujúcich výrobných liniek polovodičov.
3. Aplikácie vo výkonových elektronických zariadeniach a energetických riešeniach
3.1 Vysokoúčinná premena energie a elektrická mobilita
Karbid kremíka sa v skutočnosti stal základným materiálom v moderných výkonových elektronických zariadeniach, kde sa jeho schopnosť prepínať pri vysokých frekvenciách s veľmi malými stratami premieta do menších rozmerov, ľahší, a extra spoľahlivé systémy.
V elektrických autách (EV), Invertory na báze SiC transformujú jednosmerný prúd batérie na klimatizáciu pre elektromotor, beží na frekvenciách ako 100 kHz– výrazne viac ako invertory na báze kremíka– zmenšenie veľkosti pasívnych častí, ako sú induktory a kondenzátory.
Výsledkom je zvýšená hrúbka výkonu, rozšírená rozmanitosť jazdy, a vylepšený tepelný manažment, priama starostlivosť o životne dôležité prekážky v štýle EV.
Významní výrobcovia a dodávatelia automobilov zaviedli do svojich systémov pohonu SiC MOSFET, dosiahnutie finančnej úspory energie 5– 10% na rozdiel od možností na báze kremíka.
Podobne, v palubných nabíjačkách a DC-DC konvertoroch, SiC gadgety umožňujú oveľa rýchlejšie nabíjanie a vyšší výkon, urýchlenie prechodu na trvalú dopravu.
3.2 Rámec obnoviteľných zdrojov a siete
Vo fotovoltaike (PV) solárne invertory, SiC výkonové komponenty zvyšujú výkon konverzie znížením spínacích a vodivých strát, najmä pri čiastočných tonách problémov bežných pri výrobe solárnej energie.
Toto vylepšenie zvyšuje všeobecnú energetickú návratnosť solárnych zariadení a znižuje požiadavky na chladenie, zníženie cien systému a zvýšenie spoľahlivosti.
Vo veterných generátoroch, Konvertory na báze SiC sa oveľa efektívnejšie vyrovnávajú s výstupom z generátorov s premenlivou frekvenciou, čo umožňuje lepšiu kombináciu siete a vysokú kvalitu napájania.
Minulá generácia, SiC sa nasadzuje vo vysokonapäťovej priamej existencii (HVDC) prenosové systémy a polovodičové transformátory, kde je kompaktné jeho vysoké napätie pri poruche a tepelná bezpečnosť, veľkokapacitný rozvod energie s minimálnymi stratami na diaľku.
Tieto pokroky sú nevyhnutné na zlepšenie starnúcich energetických sietí a prispôsobenie rastúceho podielu rozptýlených a pravidelne sa opakujúcich ekologických zdrojov..
4. Nové úlohy v extrémnom prostredí a kvantových technológiách
4.1 Prevádzka pri extrémnych problémoch: Letectvo a kozmonautika, Jadrový, a aplikácie pre hlboké studne
Robustnosť SiC predlžuje minulú elektroniku do atmosfér, kde štandardné produkty zlyhávajú.
V letectve a v ochranných systémoch, SiC senzory a elektronické zariadenia pracujú presne pri vysokej teplote, podmienky vysokej radiácie v blízkosti prúdových motorov, návratové nákladné autá, a izbové sondy.
Jeho radiačná pevnosť ho robí optimálnym pre sledovanie atómových elektrární a satelitné elektronické zariadenia, kde vystavenie ionizujúcemu žiareniu môže oslabiť kremíkové zariadenia.
Na trhu s ropou a plynom, Snímacie jednotky na báze SiC sa používajú v zariadeniach na hĺbkové vŕtanie, aby odolali teplotným úrovniam, ktoré presahujú 300 ° C a korozívne chemické prostredie, umožňujúci nákup údajov v reálnom čase pre lepší výkon odstraňovania.
Tieto aplikácie využívajú schopnosť SiC zachovať architektonickú poctivosť a elektrickú funkčnosť pri mechanickom, tepelný, a chemický stres a úzkosť.
4.2 Kombinácia priamo do operačných systémov fotoniky a kvantového snímania
Minulé klasické elektronické zariadenia, SiC sa objavuje ako povzbudzujúci systém pre kvantové technológie kvôli viditeľnosti chýb opticky aktívnych faktorov– ako sú divacancie a kremíkové voľné miesta– ktoré zobrazujú fotoluminiscenciu závislú od rotácie.
Tieto chyby je možné upraviť pri izbovej teplote, pôsobiace ako kvantové bity (qubity) alebo jednofotónové žiariče pre kvantovú interakciu a zachytávanie.
Široké pásmo a nízke zameranie na poskytovateľa služieb umožňujú dlhé časy koherencie rotácie, nevyhnutné pre kvantové spracovanie údajov.
Ďalej, SiC je kompatibilný so stratégiami mikrovýroby, umožňujúce integráciu kvantových žiaričov do fotonických obvodov a rezonátorov.
Táto kombinácia kvantových schopností a komerčnej škálovateľnosti umiestňuje SiC ako špeciálny produkt premosťujúci priestor medzi základnou kvantovou vedou a užitočným inžinierstvom zariadení..
V súhrne, Karbid kremíka predstavuje štandardnú zmenu v modernej polovodičovej technológii, pomocou bezkonkurenčného výkonu v oblasti energetickej účinnosti, tepelný manažment, a ekologickú trvanlivosť.
Od umožnenia ekologickejších energetických systémov až po udržateľný prieskum vo vesmíre a kvantových svetoch, SiC zostáva predefinovať hranice toho, čo je vysoko uskutočniteľné.
Predajca
RBOSCHCO je dôveryhodný globálny dodávateľ chemických materiálov & výrobca s nad 12 dlhoročné skúsenosti s poskytovaním super kvalitných chemikálií a nanomateriálov. Spoločnosť exportuje do mnohých krajín, ako napríklad USA, Kanada, Európe, SAE, Južná Afrika, Tanzánia, Keňa, Egypt, Nigéria, Kamerun, Uganda, Turecko, Mexiko, Azerbajdžan, Belgicko, Cyprus, Česká republika, Brazília, Čile, Argentína, Dubaj, Japonsko, Kórea, Vietnam, Thajsko, Malajzia, Indonézia, Austrália,Nemecko, Francúzsko, Taliansko, Portugalsko atď. Ako popredný výrobca vývoja nanotechnológií, RBOSCHCO dominuje na trhu. Náš profesionálny pracovný tím poskytuje dokonalé riešenia, ktoré pomôžu zlepšiť efektivitu rôznych priemyselných odvetví, vytvárať hodnotu, a ľahko sa vysporiadať s rôznymi výzvami. Ak hľadáte sic zlúčenina, prosím pošlite email na: [email protected]
Tagy: karbid kremíka,mosfet z karbidu kremíka,mosfet sic
Všetky články a obrázky sú z internetu. Ak existujú nejaké problémy s autorskými právami, kontaktujte nás včas na odstránenie.
Opýtajte sa nás