SiC – كربيد السيليكون

اكتُشف كربيد السيليكون عام 1893 كمادة كاشطة صناعية لعجلات التجليخ وفرامل السيارات. وفي منتصف القرن العشرين تقريبًا، توسعت استخدامات رقائق كربيد السيليكون لتشمل تقنية مصابيح LED. ومنذ ذلك الحين، توسعت تطبيقاته لتشمل العديد من تطبيقات أشباه الموصلات نظرًا لخصائصه الفيزيائية المميزة. وتتجلى هذه الخصائص في نطاق استخداماته الواسع داخل وخارج صناعة أشباه الموصلات. ومع اقتراب قانون مور من نهايته، تتطلع العديد من الشركات في صناعة أشباه الموصلات إلى كربيد السيليكون باعتباره مادة أشباه الموصلات المستقبلية. يمكن إنتاج كربيد السيليكون باستخدام أنواع متعددة من كربيد السيليكون، إلا أن معظم الركائز المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات هي من نوع 4H-SiC، بينما أصبح نوع 6H- أقل شيوعًا مع نمو سوق كربيد السيليكون. وعند الإشارة إلى كربيد السيليكون من نوعي 4H- و6H-، يرمز الحرف H إلى بنية الشبكة البلورية. يمثل الرقم تسلسل تكديس الذرات داخل البنية البلورية، وهو موضح في مخطط قدرات SVM أدناه. مزايا صلابة كربيد السيليكون: يتميز كربيد السيليكون بمزايا عديدة مقارنةً بركائز السيليكون التقليدية. إحدى أهم هذه المزايا هي صلابته، مما يمنحه العديد من المزايا في التطبيقات عالية السرعة ودرجات الحرارة العالية و/أو الجهد العالي. تتمتع رقائق كربيد السيليكون بموصلية حرارية عالية، مما يعني قدرتها على نقل الحرارة بكفاءة. وهذا بدوره يحسن موصليتها الكهربائية، وبالتالي يُسهم في تصغير حجمها، وهو أحد الأهداف الرئيسية للتحول إلى رقائق كربيد السيليكون. القدرات الحرارية: تتميز ركائز كربيد السيليكون أيضًا بمعامل تمدد حراري منخفض. التمدد الحراري هو مقدار واتجاه تمدد أو انكماش المادة عند تسخينها أو تبريدها. يُعد الجليد المثال الأكثر شيوعًا، على الرغم من أنه يتصرف عكس معظم المعادن، حيث يتمدد عند التبريد وينكمش عند التسخين. يتميز كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يعني أنه لا يتغير حجمه أو شكله بشكل ملحوظ عند تسخينه أو تبريده، وهذا يجعله مثاليًا للاستخدام في الأجهزة الصغيرة وتكثيف عدد الترانزستورات على شريحة واحدة. ومن أهم مزايا هذه الركائز مقاومتها العالية للصدمات الحرارية، حيث يمكنها تحمل تغيرات درجات الحرارة السريعة دون أن تنكسر أو تتشقق. وهذا يوفر ميزة واضحة عند تصنيع الأجهزة، إذ تُعد هذه الخاصية من خصائص المتانة التي تُحسّن من عمر وأداء كربيد السيليكون مقارنةً بالسيليكون التقليدي. إضافةً إلى قدراته الحرارية، يتميز كربيد السيليكون بمتانته العالية، فهو لا يتفاعل مع الأحماض أو القلويات أو الأملاح المنصهرة عند درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية. وهذا يمنح هذه الركائز تنوعًا في تطبيقاتها، ويُعزز قدرتها على التفوق على السيليكون التقليدي في العديد من التطبيقات. كما تسمح له قوته عند درجات الحرارة العالية بالعمل بأمان عند درجات حرارة تتجاوز 1600 درجة مئوية، مما يجعله ركيزة مناسبة لأي تطبيق تقريبًا يتطلب درجات حرارة عالية.