SiC – كربيد السيليكون

تم اكتشاف كربيد السيليكون عام 1893 كمادة كاشطة صناعية لعجلات الطحن وفرامل السيارات. وفي منتصف القرن العشرين تقريبًا، نمت استخدامات رقاقة كربيد السيليكون لتشمل تقنية LED. ومنذ ذلك الحين، توسعت لتشمل العديد من تطبيقات أشباه الموصلات نظرًا لخصائصها الفيزيائية المفيدة. تتجلى هذه الخصائص في نطاق واسع من استخداماتها داخل وخارج صناعة أشباه الموصلات. ومع وصول قانون مور إلى حده الأقصى، 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، على الرغم من أن معظم الركائز في صناعة أشباه الموصلات تكون إما 4H-SiC، مع تناقص استخدام 6H- مع نمو سوق كربيد السيليكون. عند الإشارة إلى كربيد السيليكون 4H- و6H-، يمثل H بنية الشبكة البلورية. يمثل الرقم تسلسل تكديس الذرات داخل البنية البلورية، وهو موصوف في مخطط قدرات SVM أدناه. مزايا صلابة كربيد السيليكون هناك العديد من المزايا لاستخدام كربيد السيليكون على ركائز السيليكون التقليدية. إحدى المزايا الرئيسية لهذه المادة هي صلابتها. وهذا يمنح المادة العديد من المزايا، في تطبيقات السرعة العالية ودرجات الحرارة العالية و/أو الجهد العالي. تتميز رقائق كربيد السيليكون بموصلية حرارية عالية، مما يعني أنها يمكن أن تنقل الحرارة من نقطة إلى أخرى بشكل جيد. وهذا يحسن موصليتها الكهربائية وفي النهاية تصغيرها، وهو أحد الأهداف الشائعة للتحول إلى رقائق SiC. القدرات الحرارية تتميز ركائز SiC أيضًا بمعامل منخفض للتمدد الحراري. التمدد الحراري هو الكمية والاتجاه الذي تتمدد فيه المادة أو تنكمش أثناء تسخينها أو تبريدها. التفسير الأكثر شيوعًا هو الجليد، على الرغم من أنه يتصرف على عكس معظم المعادن، حيث يتمدد أثناء تبريده وينكمش أثناء تسخينه. يتميز كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يعني أنه لا يتغير حجمه أو شكله بشكل كبير عند تسخينه أو تبريده، مما يجعله مثاليًا للتركيب في الأجهزة الصغيرة وتكديس المزيد من الترانزستورات في شريحة واحدة. ومن المزايا الرئيسية الأخرى لهذه الركائز مقاومتها العالية للصدمات الحرارية، ما يعني قدرتها على تغيير درجات الحرارة بسرعة دون أن تنكسر أو تتشقق. وهذا يُضفي ميزة واضحة عند تصنيع الأجهزة، إذ تُحسّن هذه الخاصية المتانة من عمر كربيد السيليكون وأدائه مقارنةً بالسيليكون السائب التقليدي. علاوة على قدراته الحرارية، يتميز كربيد السيليكون بمتانة عالية، ولا يتفاعل مع الأحماض أو القلويات أو الأملاح المنصهرة عند درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية. وهذا يمنح هذه الركائز مرونة في تطبيقاتها، ويعزز قدرتها على التفوق على السيليكون السائب في العديد من التطبيقات. كما أن متانته في درجات الحرارة العالية تسمح له بالعمل بأمان عند درجات حرارة تزيد عن 1600 درجة مئوية، مما يجعله ركيزة مناسبة لأي تطبيق تقريبًا في درجات الحرارة العالية.