SiC – karbid křemíku

Karbid křemíku byl objeven v roce 1893 jako průmyslové brusivo pro brusné kotouče a automobilové brzdy. Přibližně v polovině 20. století se použití SiC wafer rozšířilo na technologii LED. Od té doby se díky svým výhodným fyzikálním vlastnostem rozšířil do mnoha polovodičových aplikací. Tyto vlastnosti jsou patrné v širokém rozsahu použití v polovodičovém průmyslu i mimo něj. Vzhledem k tomu, že se zdá, že Mooreův zákon dosáhl svého limitu, mnoho společností v polovodičovém průmyslu se dívá na karbid křemíku jako polovodičový materiál budoucnosti. SiC lze vyrobit pomocí více polytypů SiC, i když v polovodičovém průmyslu je většina substrátů buď 4H-SiC, přičemž 6H- se s rostoucím trhem SiC stává méně běžným. Když se odkazuje na karbid křemíku 4H- a 6H-, H představuje strukturu krystalové mřížky. Číslo představuje sled atomů v krystalové struktuře, což je popsáno v tabulce schopností SVM níže. Výhody tvrdosti karbidu křemíku Použití karbidu křemíku má oproti tradičnějším křemíkovým substrátům řadu výhod. Jednou z hlavních výhod tohoto materiálu je jeho tvrdost. To dává materiálu četné výhody ve vysokorychlostních, vysokoteplotních a/nebo vysokonapěťových aplikacích. Plátky z karbidu křemíku mají vysokou tepelnou vodivost, což znamená, že mohou přenášet teplo z jednoho bodu do druhého. To zlepšuje jeho elektrickou vodivost a nakonec miniaturizaci, což je jeden z běžných cílů přechodu na SiC wafery. Tepelné schopnosti Substráty SiC mají také nízký koeficient tepelné roztažnosti. Tepelná roztažnost je množství a směr, kterým se materiál roztahuje nebo smršťuje, když se zahřívá nebo ochlazuje. Nejběžnějším vysvětlením je led, i když se chová opačně než většina kovů, při ochlazování se rozpíná a při zahřívání se zmenšuje. Nízký koeficient tepelné roztažnosti karbidu křemíku znamená, že se při zahřívání nebo ochlazování výrazně nemění velikost ani tvar, díky čemuž je ideální pro montáž do malých zařízení a uložení více tranzistorů na jeden čip. Další velkou výhodou těchto substrátů je jejich vysoká odolnost vůči teplotním šokům. To znamená, že mají schopnost rychle měnit teploty, aniž by se zlomily nebo praskly. To vytváří jasnou výhodu při výrobě zařízení, protože je to další charakteristika houževnatosti, která zlepšuje životnost a výkon karbidu křemíku ve srovnání s tradičním objemovým křemíkem. Kromě svých tepelných schopností je to velmi odolný substrát a nereaguje s kyselinami, zásadami ani roztavenými solemi při teplotách do 800 °C. To dává těmto substrátům všestrannost v jejich aplikacích a dále napomáhá jejich schopnosti přenášet objemový křemík v mnoha aplikacích. Jeho pevnost při vysokých teplotách také umožňuje bezpečný provoz při teplotách nad 1600 °C. Díky tomu je vhodným substrátem pro prakticky jakoukoli vysokoteplotní aplikaci.