SiC – Kiselkarbid

Kiselkarbid upptäcktes 1893 som ett industriellt slipmedel för slipskivor och bilbromsar. Ungefär mitten av 1900-talet började SiC-wafers användas även i LED-teknik. Sedan dess har den expanderat till ett flertal halvledartillämpningar tack vare dess fördelaktiga fysikaliska egenskaper. Dessa egenskaper är tydliga i dess breda användningsområden inom och utanför halvledarindustrin. Med Moores lag som verkar nå sin gräns, ser många företag inom halvledarindustrin mot kiselkarbid som framtidens halvledarmaterial. SiC kan produceras med flera polytyper av SiC, även om de flesta substrat inom halvledarindustrin är antingen 4H-SiC, där 6H- blir mindre vanligt i takt med att SiC-marknaden har vuxit. När man hänvisar till 4H- och 6H-kiselkarbid representerar H:et kristallgitterstrukturen. Siffran representerar atomernas staplingssekvens i kristallstrukturen, vilket beskrivs i SVM-kapacitetstabellen nedan. Fördelar med kiselkarbidhårdhet Det finns många fördelar med att använda kiselkarbid jämfört med mer traditionella kiselsubstrat. En av de största fördelarna med detta material är dess hårdhet. Detta ger materialet många fördelar i applikationer med hög hastighet, hög temperatur och/eller hög spänning. Kiselkarbidskivor har hög värmeledningsförmåga, vilket innebär att de kan överföra värme från en punkt till en annan. Detta förbättrar dess elektriska ledningsförmåga och i slutändan miniatyrisering, ett av de vanligaste målen med att byta till SiC-skivor. Termiska egenskaper SiC-substrat har också en låg värmeutvidgningskoefficient. Termisk utvidgning är mängden och riktningen som ett material expanderar eller krymper när det värms upp eller kyls ner. Den vanligaste förklaringen är is, även om den beter sig motsatt de flesta metaller, expanderar när det kyls och krymper när det värms upp. Kiselkarbids låga värmeutvidgningskoefficient innebär att den inte förändras signifikant i storlek eller form när den värms upp eller kyls ner, vilket gör den perfekt för att passa in i små enheter och packa fler transistorer på ett enda chip. En annan stor fördel med dessa substrat är deras höga motståndskraft mot termisk chock. Detta innebär att de har förmågan att ändra temperaturer snabbt utan att gå sönder eller spricka. Detta skapar en tydlig fördel vid tillverkning av enheter eftersom det är ytterligare en seghetsegenskap som förbättrar kiselkarbidens livslängd och prestanda jämfört med traditionellt bulkkisel. Utöver sina termiska egenskaper är det ett mycket hållbart substrat som inte reagerar med syror, alkalier eller smälta salter vid temperaturer upp till 800 °C. Detta ger dessa substrat mångsidighet i deras tillämpningar och bidrar ytterligare till deras förmåga att överträffa bulkkisel i många tillämpningar. Dess styrka vid höga temperaturer gör det också säkert att fungera vid temperaturer över 1600 °C. Detta gör det till ett lämpligt substrat för praktiskt taget alla högtemperaturapplikationer.