SiC – silicijev karbid

Silicijev karbid je bil odkrit leta 1893 kot industrijski abraziv za brušenje koles in avtomobilskih zavor. Približno sredi 20. stoletja se je uporaba rezin SiC povečala in vključila v tehnologijo LED. Od takrat se je zaradi svojih ugodnih fizikalnih lastnosti razširil v številne polprevodniške aplikacije. Te lastnosti so očitne v njegovem širokem obsegu uporabe v industriji polprevodnikov in zunaj nje. Ker se zdi, da je Moorov zakon dosegel svojo mejo, mnoga podjetja v industriji polprevodnikov iščejo silicijev karbid kot polprevodniški material prihodnosti. SiC je mogoče proizvesti z uporabo več politipov SiC, čeprav je v industriji polprevodnikov večina substratov bodisi 4H-SiC, 6H- pa postaja manj pogost, ko se trg SiC povečuje. Ko govorimo o 4H- in 6H- silicijevem karbidu, H predstavlja strukturo kristalne mreže. Število predstavlja zaporedje zlaganja atomov znotraj kristalne strukture, to je opisano v spodnji tabeli zmogljivosti SVM. Prednosti trdote silicijevega karbida Uporaba silicijevega karbida ima številne prednosti pred bolj tradicionalnimi silicijevimi podlagami. Ena od glavnih prednosti tega materiala je njegova trdota. To daje materialu številne prednosti pri aplikacijah z visoko hitrostjo, visoko temperaturo in/ali visoko napetostjo. Rezine iz silicijevega karbida imajo visoko toplotno prevodnost, kar pomeni, da lahko dobro prenašajo toploto z ene točke na drugo. To izboljša njegovo električno prevodnost in končno miniaturizacijo, kar je eden od pogostih ciljev prehoda na SiC rezine. Toplotne zmogljivosti SiC substrati imajo tudi nizek koeficient toplotnega raztezanja. Toplotna ekspanzija je količina in smer, v kateri se material razširi ali skrči, ko se segreje ali ohlaja. Najpogostejša razlaga je led, čeprav se obnaša nasprotno od večine kovin, saj se širi, ko se ohlaja, in krči, ko se segreva. Nizek koeficient toplotnega raztezanja silicijevega karbida pomeni, da se ne spremeni bistveno v velikosti ali obliki, ko se segreva ali ohlaja, zaradi česar je popoln za namestitev v majhne naprave in pakiranje več tranzistorjev na en sam čip. Druga velika prednost teh substratov je njihova visoka odpornost na toplotne šoke. To pomeni, da imajo sposobnost hitrega spreminjanja temperature, ne da bi se zlomili ali pokali. To ustvarja jasno prednost pri izdelavi naprav, saj je še ena lastnost žilavosti, ki izboljša življenjsko dobo in učinkovitost silicijevega karbida v primerjavi s tradicionalnim silicijem v razsutem stanju. Poleg svojih toplotnih lastnosti je zelo vzdržljiv substrat in ne reagira s kislinami, alkalijami ali staljenimi solmi pri temperaturah do 800 °C. To daje tem substratom vsestranskost v njihovih aplikacijah in dodatno pomaga pri njihovi zmožnosti, da v mnogih aplikacijah presežejo zmogljivost silicija v razsutem stanju. Njegova moč pri visokih temperaturah mu omogoča tudi varno delovanje pri temperaturah nad 1600°C. Zaradi tega je primeren substrat za skoraj vsako uporabo pri visokih temperaturah.