SiC – piikarbidi

Piikarbidi löydettiin vuonna 1893 teollisena hioma-aineena hiomalaikkojen ja autojen jarruihin. Noin 1900-luvun puolivälissä piikarbidikiekkojen käyttö lisääntyi LED-tekniikan mukaan. Siitä lähtien se on laajentunut lukuisiin puolijohdesovelluksiin edullisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta. Nämä ominaisuudet näkyvät sen laajassa käyttöalueella puolijohdeteollisuudessa ja sen ulkopuolella. Kun Mooren laki näyttää saavuttavan rajansa, monet puolijohdeteollisuuden yritykset etsivät piikarbidia tulevaisuuden puolijohdemateriaalina. Piikarbidia voidaan valmistaa käyttämällä useita polytyyppejä piikarbidia, vaikka puolijohdeteollisuudessa useimmat substraatit ovat joko 4H-SiC:ia, ja 6H:n yleistyminen piikarbidimarkkinoiden kasvaessa on vähentynyt. Kun viitataan 4H- ja 6H-piikarbidiin, H edustaa kidehilan rakennetta. Numero edustaa atomien pinoamisjärjestystä kiderakenteen sisällä, tämä on kuvattu alla olevassa SVM-ominaisuuksien taulukossa. Piikarbidin kovuuden edut Piikarbidin käytöllä on monia etuja verrattuna perinteisempiin piisubstraatteihin. Yksi tämän materiaalin suurimmista eduista on sen kovuus. Tämä antaa materiaalille lukuisia etuja suurissa nopeuksissa, korkeissa lämpötiloissa ja/tai suurjännitesovelluksissa. Piikarbidikiekoilla on korkea lämmönjohtavuus, mikä tarkoittaa, että ne voivat siirtää lämpöä pisteestä toiseen hyvin. Tämä parantaa sen sähkönjohtavuutta ja lopulta miniatyrisointia, joka on yksi piikarbidikiekoihin siirtymisen yhteisistä tavoitteista. Lämpöominaisuudet SiC-substraateilla on myös alhainen lämpölaajenemiskerroin. Lämpölaajeneminen on määrä ja suunta, jossa materiaali laajenee tai supistuu, kun se lämpenee tai jäähtyy. Yleisin selitys on jää, vaikka se käyttäytyykin päinvastoin kuin useimmat metallit, laajenee jäähtyessään ja kutistuu kuumentuessaan. Piikarbidin alhainen lämpölaajenemiskerroin tarkoittaa, että sen koko tai muoto ei muutu merkittävästi kuumennettaessa tai jäähtyessään, joten se sopii täydellisesti pieniin laitteisiin ja useamman transistorin pakkaamiseen yhdelle sirulle. Toinen näiden substraattien suuri etu on niiden korkea kestävyys lämpöshokkia vastaan. Tämä tarkoittaa, että niillä on kyky muuttaa lämpötiloja nopeasti rikkoutumatta tai halkeilematta. Tämä luo selkeän edun laitteita valmistettaessa, koska se on toinen sitkeysominaisuus, joka parantaa piikarbidin käyttöikää ja suorituskykyä perinteiseen bulkkipiiin verrattuna. Lämpöominaisuuksiensa lisäksi se on erittäin kestävä alusta eikä reagoi happojen, emästen tai sulaneiden suolojen kanssa jopa 800°C:n lämpötiloissa. Tämä antaa näille substraateille monipuolisuutta sovelluksissaan ja auttaa edelleen niiden kykyä tuottaa bulkkipiitä monissa sovelluksissa. Sen lujuus korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa myös turvallisen toiminnan yli 1600°C lämpötiloissa. Tämä tekee siitä sopivan alustan lähes kaikkiin korkeisiin lämpötiloihin.