SiC – piikarbidi

Piikarbidi löydettiin vuonna 1893 teolliseksi hioma-aineeksi hiomalaikkoihin ja autojen jarruihin. Noin 1900-luvun puolivälissä piikarbidikiekkojen käyttö laajeni LED-teknologiaan. Sittemmin sitä on käytetty lukuisiin puolijohdesovelluksiin edullisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta. Nämä ominaisuudet näkyvät sen laajassa käyttöalueessa puolijohdeteollisuudessa ja sen ulkopuolella. Mooren lain näyttäessä saavuttavan rajansa, monet puolijohdeteollisuuden yritykset etsivät piikarbidia tulevaisuuden puolijohdemateriaalina. Piikarbidia voidaan tuottaa useilla piikarbidin polytyypeillä, vaikka puolijohdeteollisuudessa useimmat substraatit ovat joko 4H-SiC:tä, ja 6H- on tullut harvinaisemmaksi piikarbidimarkkinoiden kasvaessa. Kun viitataan 4H- ja 6H- piikarbidiin, H edustaa kidehilan rakennetta. Numero edustaa atomien pinoamisjärjestystä kiderakenteessa, mikä on kuvattu alla olevassa SVM-ominaisuuskaaviossa. Piikarbidin kovuuden edut Piikarbidin käytöllä on lukuisia etuja perinteisempiin piisubstraatteihin verrattuna. Yksi tämän materiaalin tärkeimmistä eduista on sen kovuus. Tämä antaa materiaalille lukuisia etuja suurnopeus-, korkean lämpötilan ja/tai korkean jännitteen sovelluksissa. Piikarbidikiekoilla on korkea lämmönjohtavuus, mikä tarkoittaa, että ne voivat siirtää lämpöä hyvin pisteestä toiseen. Tämä parantaa niiden sähkönjohtavuutta ja lopulta pienentämistä, mikä on yksi yleisimmistä tavoitteista siirtyä piikarbidikiekoihin. Lämpöominaisuudet Piikarbidisubstraateilla on myös alhainen lämpölaajenemiskerroin. Lämpölaajeneminen on materiaalin laajenemisen tai supistumisen määrä ja suunta lämmetessään tai jäähtyessään. Yleisin selitys on jää, vaikka se käyttäytyykin päinvastoin kuin useimmat metallit, laajenemalla jäähtyessään ja kutistumalla lämmetessään. Piikarbidin alhainen lämpölaajenemiskerroin tarkoittaa, että sen koko tai muoto ei muutu merkittävästi lämmetessään tai jäähtyessään, mikä tekee siitä täydellisen pieniin laitteisiin ja useampien transistoreiden pakkaamiseen yhdelle sirulle. Näiden substraattien toinen merkittävä etu on niiden korkea lämpöshokkikestävyys. Tämä tarkoittaa, että ne pystyvät muuttamaan lämpötilaa nopeasti rikkoutumatta tai halkeilematta. Tämä luo selkeän edun laitteita valmistettaessa, sillä se on toinen sitkeysominaisuus, joka parantaa piikarbidin käyttöikää ja suorituskykyä perinteiseen massapiihin verrattuna. Lämpöominaisuuksiensa lisäksi se on erittäin kestävä substraatti, eikä se reagoi happojen, emästen tai sulien suolojen kanssa jopa 800 °C:n lämpötiloissa. Tämä antaa näille substraateille monipuolisuutta sovelluksissaan ja auttaa niitä edelleen päihittämään massapiitä monissa sovelluksissa. Sen lujuus korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa myös sen turvallisen käytön yli 1600 °C:n lämpötiloissa. Tämä tekee siitä sopivan substraatin käytännössä mihin tahansa korkean lämpötilan sovellukseen.