SiC – Καρβίδιο του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου ανακαλύφθηκε το 1893 ως βιομηχανικό λειαντικό για τροχούς λείανσης και φρένα αυτοκινήτων. Περίπου στα μέσα του 20ου αιώνα, οι χρήσεις της γκοφρέτας SiC αυξήθηκαν για να συμπεριληφθούν στην τεχνολογία LED. Έκτοτε, έχει επεκταθεί σε πολυάριθμες εφαρμογές ημιαγωγών λόγω των πλεονεκτικών φυσικών ιδιοτήτων του. Αυτές οι ιδιότητες είναι εμφανείς στο ευρύ φάσμα χρήσεων του εντός και εκτός της βιομηχανίας ημιαγωγών. Καθώς ο νόμος του Moore φαίνεται να φτάνει στο όριο του, πολλές εταιρείες στον κλάδο των ημιαγωγών κοιτάζουν το καρβίδιο του πυριτίου ως το υλικό ημιαγωγών του μέλλοντος. Το SiC μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας πολλαπλούς πολυτύπους SiC, αν και στη βιομηχανία ημιαγωγών, τα περισσότερα υποστρώματα είναι είτε 4H-SiC, με το 6H- να γίνεται λιγότερο κοινό καθώς η αγορά SiC έχει αναπτυχθεί. Όταν αναφερόμαστε σε καρβίδιο του πυριτίου 4Η- και 6Η-, το Η αντιπροσωπεύει τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος. Ο αριθμός αντιπροσωπεύει την ακολουθία στοίβαξης των ατόμων εντός της κρυσταλλικής δομής, αυτό περιγράφεται στο διάγραμμα δυνατοτήτων SVM παρακάτω. Πλεονεκτήματα της σκληρότητας του καρβιδίου του πυριτίου Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στη χρήση καρβιδίου του πυριτίου έναντι των πιο παραδοσιακών υποστρωμάτων πυριτίου. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του υλικού είναι η σκληρότητά του. Αυτό δίνει στο υλικό πολλά πλεονεκτήματα, σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, υψηλής θερμοκρασίας και/ή υψηλής τάσης. Οι γκοφρέτες καρβιδίου του πυριτίου έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα, που σημαίνει ότι μπορούν να μεταφέρουν θερμότητα από το ένα σημείο στο άλλο πηγάδι. Αυτό βελτιώνει την ηλεκτρική του αγωγιμότητα και τελικά τη σμίκρυνση, έναν από τους κοινούς στόχους της μετάβασης σε γκοφρέτες SiC. Θερμικές δυνατότητες Τα υποστρώματα SiC έχουν επίσης χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Η θερμική διαστολή είναι η ποσότητα και η κατεύθυνση που διαστέλλεται ή συστέλλεται ένα υλικό καθώς θερμαίνεται ή ψύχεται. Η πιο κοινή εξήγηση είναι ο πάγος, αν και συμπεριφέρεται αντίθετα από τα περισσότερα μέταλλα, διαστέλλεται καθώς ψύχεται και συρρικνώνεται καθώς θερμαίνεται. Ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής του καρβιδίου του πυριτίου σημαίνει ότι δεν αλλάζει σημαντικά σε μέγεθος ή σχήμα καθώς θερμαίνεται ή ψύχεται, γεγονός που το καθιστά ιδανικό για τοποθέτηση σε μικρές συσκευές και συσκευασία περισσότερων τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των υποστρωμάτων είναι η υψηλή αντοχή τους σε θερμικό σοκ. Αυτό σημαίνει ότι έχουν την ικανότητα να αλλάζουν τη θερμοκρασία γρήγορα χωρίς να σπάνε ή να ραγίζουν. Αυτό δημιουργεί ένα σαφές πλεονέκτημα κατά την κατασκευή συσκευών, καθώς είναι ένα άλλο χαρακτηριστικό σκληρότητας που βελτιώνει τη διάρκεια ζωής και την απόδοση του καρβιδίου του πυριτίου σε σύγκριση με το παραδοσιακό χύμα πυρίτιο. Εκτός από τις θερμικές του δυνατότητες, είναι ένα πολύ ανθεκτικό υπόστρωμα και δεν αντιδρά με οξέα, αλκάλια ή λιωμένα άλατα σε θερμοκρασίες έως 800°C. Αυτό δίνει σε αυτά τα υποστρώματα ευελιξία στις εφαρμογές τους και βοηθά περαιτέρω την ικανότητά τους να αποδίδουν χύμα πυρίτιο σε πολλές εφαρμογές. Η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες του επιτρέπει επίσης να λειτουργεί με ασφάλεια σε θερμοκρασίες άνω των 1600°C. Αυτό το καθιστά κατάλληλο υπόστρωμα για σχεδόν οποιαδήποτε εφαρμογή σε υψηλή θερμοκρασία.