¡Comprenda la vida pasada del carburo de silicio!

El carburo de silicio (SiC) se funde a alta temperatura en un horno de resistencia utilizando arena de cuarzo, coque de petróleo (o coque de carbón) y astillas de madera como materias primas. El carburo de silicio también existe en la naturaleza como un mineral raro, la moissanita. El carburo de silicio también se llama moissanita. Entre las materias primas refractarias contemporáneas de alta tecnología sin óxido, como C, N y B, el carburo de silicio es la más utilizada y económica. Puede denominarse arena de esmeril o arena refractaria.

1. La vida pasada y presente del carburo de silicio.
Debido a sus propiedades químicas estables, alta conductividad térmica, pequeño coeficiente de expansión térmica y buena resistencia al desgaste, el carburo de silicio tiene muchos otros usos además de usarse como abrasivo, como recubrir polvo de carburo de silicio con un proceso especial en la pared interna del impulsor de turbina o bloque de cilindros, puede mejorar su resistencia al desgaste y extender su vida útil de 1 a 2 veces; El material refractario avanzado fabricado con él es resistente al choque térmico, de tamaño pequeño, liviano, de alta resistencia y tiene un buen efecto de ahorro de energía. El carburo de silicio de baja calidad (que contiene aproximadamente un 85 % de SiC) es un excelente desoxidante. Puede acelerar la fabricación de acero, facilitar el control de la composición química y mejorar la calidad del acero. Además, el carburo de silicio también se utiliza ampliamente en la producción de varillas de carburo de silicio para elementos calefactores eléctricos.
El carburo de silicio es muy duro, con una dureza Mohs de 9,5, sólo superada por el diamante más duro del mundo (nivel 10). Tiene una excelente conductividad térmica, es un semiconductor y puede resistir la oxidación a altas temperaturas.

2. Características ventajosas de los dispositivos de carburo de silicio.
El carburo de silicio (SiC) es actualmente el material semiconductor de banda ancha más maduro. Países de todo el mundo conceden gran importancia a la investigación del SiC y han invertido mucha mano de obra y recursos materiales en su desarrollo activo. Estados Unidos, Europa, Japón, etc. no solo se han formulado planes de investigación correspondientes a nivel nacional, y algunos gigantes internacionales de la electrónica también han invertido mucho en el desarrollo de dispositivos semiconductores de carburo de silicio.
En comparación con el silicio ordinario, los componentes que utilizan carburo de silicio tienen las siguientes características:

Características de alto voltaje:
Los dispositivos de carburo de silicio tienen 10 veces la resistencia al voltaje de los dispositivos de silicio equivalentes.
La resistencia al voltaje de los tubos Schottky de carburo de silicio puede alcanzar los 2400 V.
Los tubos de efecto de campo de carburo de silicio pueden soportar voltajes de decenas de miles de voltios y su resistencia en estado encendido no es muy grande.

Características de alta frecuencia:

Características de alta temperatura:
Hoy en día, cuando los materiales de Si están cerca del límite de rendimiento teórico, los dispositivos de potencia de SiC siempre se han considerado "dispositivos ideales" y son muy esperados debido a su alto voltaje soportado, baja pérdida, alta eficiencia y otras características. Sin embargo, en comparación con los dispositivos de material de Si anteriores, el equilibrio entre el rendimiento y el costo de los dispositivos de potencia de SiC y su demanda de alta tecnología se convertirá en la clave para determinar si los dispositivos de potencia de SiC realmente pueden volverse populares.

En la actualidad, los dispositivos de carburo de silicio de baja potencia han entrado en la etapa de producción de dispositivos prácticos desde el laboratorio. En la actualidad, el precio de las obleas de carburo de silicio sigue siendo relativamente alto y también tienen muchos defectos. Gracias a la investigación y el desarrollo continuos, se espera que los dispositivos de carburo de silicio dominen el mercado de dispositivos de energía alrededor de 2010. Pero no es así.

3. ¿Cuál es la situación actual del desarrollo de los dispositivos de carburo de silicio?
1. Parámetros técnicos: por ejemplo, el voltaje del diodo Schottky aumenta de 250 voltios a más de 1,000 voltios, el área del chip es más pequeña, pero la corriente es solo de unas pocas decenas de amperios. La temperatura de funcionamiento se incrementa a 180 grados, lo que está lejos de la introducción de 600 grados. La caída de voltaje es aún más insatisfactoria: no es diferente del material de silicio y la alta caída de voltaje directo debe alcanzar los 2 V.
2. Precio de mercado: entre 5 y 6 veces el de la fabricación de material de silicio.

4. ¿Cuáles son las dificultades en el desarrollo del carburo de silicio (¿Dispositivos de SiC)?El problema en el desarrollo de dispositivos de carburo de silicio no es el diseño principal del chip, especialmente el diseño de la estructura del chip. No es difícil solucionarlo. La dificultad reside en realizar el proceso de fabricación de la estructura del chip. Los ejemplos son los siguientes: 1. Densidad de defectos de microtubos en obleas de carburo de silicio. 2. La eficiencia del proceso epitaxial es baja. 3. El proceso de dopaje tiene requisitos especiales.

4. Producción de contacto óhmico. 5. Resistencia a la temperatura de los materiales de soporte.

Los anteriores son sólo algunos ejemplos, no todos. Todavía hay muchos problemas de proceso que no tienen soluciones ideales, como el proceso de excavación de zanjas en la superficie del semiconductor de carburo de silicio, el proceso de pasivación de terminales y el impacto del estado de interfaz de la capa de óxido de la puerta en la estabilidad a largo plazo de los dispositivos MOSFET de carburo de silicio. ¿Ha llegado ya la industria a un consenso? Las conclusiones consistentes, etc., han obstaculizado en gran medida el rápido desarrollo de los dispositivos de potencia de carburo de silicio.

5. Descripción general del desarrollo de los principales campos de aplicación del carburo de silicio.

Actualmente, la tercera generación de materiales semiconductores está provocando una revolución en las energías limpias y una nueva generación de tecnologías de la información electrónica. Ya sea iluminación, electrodomésticos, equipos de electrónica de consumo, vehículos de nueva energía, redes inteligentes o suministros militares, estos semiconductores de alto rendimiento son materiales que tienen una gran demanda. Según el desarrollo de semiconductores de tercera generación, sus principales aplicaciones son la iluminación de semiconductores, dispositivos electrónicos de potencia, láseres y detectores, y otros cuatro campos.
1. Iluminación semiconductora
Entre los cuatro campos de aplicación, la industria de la iluminación de semiconductores es la que se ha desarrollado más rápido y ha formado una escala industrial de decenas de miles de millones de dólares.
2. Dispositivos electrónicos de potencia
En el campo de la electrónica de potencia, la aplicación de semiconductores de banda ancha acaba de comenzar y el tamaño del mercado es de sólo unos pocos cientos de millones de dólares estadounidenses. Su aplicación se concentra principalmente en el ámbito de los equipos militares de última generación y poco a poco se está expandiendo al ámbito civil.
3. Láseres y detectores
En el campo de las aplicaciones de láseres y detectores, los láseres basados ​​en GaN pueden cubrir una amplia gama de espectro y realizar la fabricación de láseres azules, verdes y ultravioleta y detección ultravioleta.
4. Otras aplicaciones
En el campo de la investigación de vanguardia, los semiconductores de banda prohibida amplia se pueden utilizar en células solares, biosensores, medios de producción de hidrógeno a base de agua y otras aplicaciones emergentes. Actualmente, estas áreas calientes todavía se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo de laboratorio.