SiC – ränikarbiid

Ränikarbiid avastati 1893. aastal tööstusliku abrasiivina lihvketaste ja autopidurite jaoks. Umbes 20. sajandi keskpaigaks laienes ränikarbiidi (SIC) vahvlite kasutusala LED-tehnoloogiasse. Sellest ajast alates on see oma soodsate füüsikaliste omaduste tõttu laienenud arvukatesse pooljuhtide rakendustesse. Need omadused ilmnevad selle laias kasutusalas nii pooljuhtide tööstuses kui ka väljaspool seda. Kuna Moore'i seadus näib olevat oma piirini jõudnud, vaatavad paljud pooljuhtide tööstuse ettevõtted ränikarbiidi kui tuleviku pooljuhtmaterjali poole. Ränikarbiidi saab toota mitmete ränikarbiidi polütüüpide abil, kuigi pooljuhtide tööstuses on enamik substraate kas 4H-SiC, kusjuures 6H- on ränikarbiidi turu kasvades üha levinum. 4H- ja 6H- ränikarbiidi puhul tähistab H kristallvõre struktuuri. Number tähistab aatomite virnastusjärjestust kristallstruktuuris, mida on kirjeldatud allpool olevas SVM-i võimaluste tabelis. Ränikarbiidi kõvaduse eelised Ränikarbiidi kasutamisel on traditsiooniliste ränisubstraatide ees arvukalt eeliseid. Selle materjali üks peamisi eeliseid on selle kõvadus. See annab materjalile arvukalt eeliseid kiiretel, kõrgel temperatuuril ja/või kõrgepingel töötavatel rakendustel. Ränikarbiidist vahvlitel on kõrge soojusjuhtivus, mis tähendab, et nad suudavad soojust ühest punktist teise hästi üle kanda. See parandab nende elektrijuhtivust ja lõppkokkuvõttes miniaturiseerimist, mis on üks SiC-vahvlitele ülemineku levinumaid eesmärke. Soojuslikud omadused SiC-alusmaterjalidel on ka madal soojuspaisumistegur. Soojuspaisumine on materjali paisumise või kokkutõmbumise suund ja kogus, kui see soojeneb või jahtub. Kõige levinum seletus on jää, kuigi see käitub vastupidiselt enamikule metallidele, paisudes jahtudes ja kahanedes soojenedes. Ränikarbiidi madal soojuspaisumistegur tähendab, et selle suurus ega kuju ei muutu kuumutamisel ega jahutamisel oluliselt, mis teeb selle ideaalseks väikestesse seadmetesse paigutamiseks ja rohkemate transistoride pakkimiseks ühele kiibile. Nende alusmaterjalide teine ​​​​oluline eelis on nende kõrge vastupidavus termilisele löögile. See tähendab, et neil on võime temperatuuri kiiresti muuta ilma purunemise või pragunemiseta. See loob selge eelise seadmete valmistamisel, kuna see on veel üks vastupidavusomadus, mis parandab ränikarbiidi eluiga ja jõudlust võrreldes traditsioonilise ränikarbiidiga. Lisaks termilistele omadustele on see väga vastupidav alusmaterjal ega reageeri hapete, leeliste ega sulatatud sooladega temperatuuril kuni 800 °C. See annab neile alusmaterjalidele mitmekülgsuse rakendustes ja aitab neil veelgi paremini toimida kui paljudes rakendustes mahukas räni. Selle tugevus kõrgetel temperatuuridel võimaldab sellel ohutult töötada ka temperatuuridel üle 1600 °C. See teeb sellest sobiva alusmaterjali praktiliselt igaks kõrge temperatuuriga rakenduseks.