SiC – silisiumkarbid

Silisiumkarbid ble oppdaget i 1893 som et industrielt slipemiddel for slipeskiver og bilbremser. Rundt midten av 1900-tallet vokste bruken av SiC-wafere til også å omfatte LED-teknologi. Siden den gang har det utvidet seg til en rekke halvlederapplikasjoner på grunn av dets fordelaktige fysiske egenskaper. Disse egenskapene er tydelige i det brede spekteret av bruksområder i og utenfor halvlederindustrien. Med Moores lov som ser ut til å nå sin grense, ser mange selskaper innen halvlederindustrien mot silisiumkarbid som fremtidens halvledermateriale. SiC kan produseres ved hjelp av flere polytyper SiC, selv om de fleste substrater innenfor halvlederindustrien er enten 4H-SiC, med 6H- som blir mindre vanlig etter hvert som SiC-markedet har vokst. Når man refererer til 4H- og 6H- silisiumkarbid, representerer H-en strukturen til krystallgitteret. Tallet representerer stablingssekvensen til atomene i krystallstrukturen, dette er beskrevet i SVM-kapasitetstabellen nedenfor. Fordeler med silisiumkarbidhardhet Det er mange fordeler med å bruke silisiumkarbid fremfor mer tradisjonelle silisiumsubstrater. En av de største fordelene med dette materialet er hardheten. Dette gir materialet en rekke fordeler i applikasjoner med høy hastighet, høy temperatur og/eller høy spenning. Silisiumkarbidskiver har høy varmeledningsevne, noe som betyr at de kan overføre varme fra ett punkt til et annet. Dette forbedrer den elektriske ledningsevnen og til slutt miniatyriseringen, et av de vanlige målene med å bytte til SiC-skiver. Termiske egenskaper SiC-substrater har også en lav termisk ekspansjonskoeffisient. Termisk ekspansjon er mengden og retningen et materiale utvider seg eller trekker seg sammen når det varmes opp eller avkjøles. Den vanligste forklaringen er is, selv om det oppfører seg motsatt av de fleste metaller, utvider seg når det avkjøles og krymper når det varmes opp. Silisiumkarbids lave termiske ekspansjonskoeffisient betyr at det ikke endrer seg vesentlig i størrelse eller form når det varmes opp eller avkjøles, noe som gjør det perfekt for å passe inn i små enheter og pakke flere transistorer på en enkelt brikke. En annen stor fordel med disse substratene er deres høye motstand mot termisk sjokk. Dette betyr at de har evnen til å endre temperaturer raskt uten å brekke eller sprekke. Dette skaper en klar fordel når man produserer enheter, da det er en annen seighetsegenskap som forbedrer levetiden og ytelsen til silisiumkarbid sammenlignet med tradisjonelt bulksilisium. I tillegg til sine termiske egenskaper er det et svært slitesterkt substrat og reagerer ikke med syrer, alkalier eller smeltede salter ved temperaturer opptil 800 °C. Dette gir disse substratene allsidighet i bruksområdene og bidrar ytterligere til deres evne til å overgå bulksilisium i mange bruksområder. Styrken ved høye temperaturer gjør det også trygt å operere ved temperaturer over 1600 °C. Dette gjør det til et passende substrat for praktisk talt alle høytemperaturapplikasjoner.