Ymmärrä piikarbidin aiempi elämä!

Piikarbidi (SiC) sulatetaan korkeassa lämpötilassa vastusuunissa käyttämällä raaka-aineina kvartsihiekkaa, öljykoksia (tai kivihiilekoksia) ja puulastua. Piikarbidia esiintyy luonnossa myös harvinaisena mineraalina, moissaniittina. Piikarbidia kutsutaan myös moissaniitiksi. Nykyaikaisista oksidittomista korkean teknologian tulenkestävistä raaka-aineista, kuten C, N ja B, piikarbidi on laajimmin käytetty ja taloudellisin. Sitä voidaan kutsua smirgeliekoksi tai tulenkestäväksi hiekkaksi.

1. Piikarbidin mennyt ja nykyinen elämä
Vakaiden kemiallisten ominaisuuksiensa, korkean lämmönjohtavuuden, pienen lämpölaajenemiskertoimen ja hyvän kulutuskestävyyden ansiosta piikarbidilla on monia muita käyttökohteita kuin sitä, että sitä käytetään hioma-aineena, kuten piikarbidijauheen päällystäminen erityisellä prosessilla. turbiinin juoksupyörä tai sylinterilohko, se voi parantaa kulutuskestävyyttään ja pidentää sen käyttöikää 1-2 kertaa; siitä valmistettu edistyksellinen tulenkestävä materiaali on lämpöiskunkestävä, pienikokoinen, kevyt, luja ja sillä on hyvä energiansäästövaikutus. Heikkolaatuinen piikarbidi (sisältää noin 85 % piikarbidia) on erinomainen hapettumisenestoaine. Se voi nopeuttaa teräksen valmistusta, helpottaa kemiallisen koostumuksen valvontaa ja parantaa teräksen laatua. Lisäksi piikarbidia käytetään laajalti myös sähkölämmityselementtien piikarbiditankojen valmistuksessa.
Piikarbidi on erittäin kovaa, ja sen Mohsin kovuus on 9,5, toiseksi vain maailman kovimman timantin jälkeen (taso 10). Sillä on erinomainen lämmönjohtavuus, se on puolijohde ja kestää hapettumista korkeissa lämpötiloissa.

2. Piikarbidilaitteiden edulliset ominaisuudet
Piikarbidi (SiC) on tällä hetkellä kypsin laajakaistainen puolijohdemateriaali. Maat ympäri maailmaa pitävät piikarbidin tutkimusta erittäin tärkeänä ja ovat investoineet paljon työvoimaa ja aineellisia resursseja aktiiviseen kehittämiseen. Yhdysvallat, Eurooppa, Japani jne. eivät ole vain Vastaavia tutkimussuunnitelmia on laadittu kansallisella tasolla, ja jotkut kansainväliset elektroniikkajättiläiset ovat myös panostaneet voimakkaasti piikarbidipuolijohdelaitteiden kehittämiseen.
Tavalliseen piiin verrattuna piikarbidia käyttävillä komponenteilla on seuraavat ominaisuudet:

Suurjänniteominaisuudet:
Piikarbidilaitteet ovat 10 kertaa jänniteresistanssiltaan vastaavia piilaitteita.
Piikarbidi Schottky-putkien jännitevastus voi olla 2400 V.
Piikarbidikenttäefektiputket kestävät kymmenien tuhansien volttien jännitteitä, eikä niiden päälläoloresistanssi ole kovin suuri.

Korkeataajuiset ominaisuudet:

Korkean lämpötilan ominaisuudet:
Nykyään, kun Si-materiaalit ovat lähellä teoreettista suorituskykyrajaa, piikarbiditeholaitteita on aina pidetty "ihanteellisina laitteina" ja niitä odotetaan erittäin korkean kestävyysjännitteen, pienen häviön, korkean hyötysuhteen ja muiden ominaisuuksien vuoksi. Aiempiin Si-materiaalilaitteisiin verrattuna piikarbiditeholaitteiden suorituskyvyn ja kustannusten sekä niiden korkean teknologian kysynnän välinen tasapaino tulee kuitenkin olemaan avain siihen, voivatko piikarbiditeholaitteet todella tulla suosituiksi.

Tällä hetkellä pienitehoiset piikarbidilaitteet ovat tulleet käytännön laitetuotantovaiheeseen laboratoriosta. Tällä hetkellä piikarbidikiekkojen hinta on edelleen suhteellisen korkea, ja niissä on myös paljon puutteita. Jatkuvan tutkimuksen ja kehityksen ansiosta piikarbidilaitteiden odotetaan hallitsevan voimalaitemarkkinoita noin vuoteen 2010 mennessä. Näin ei kuitenkaan ole.

3. Mikä on piikarbidilaitteiden nykyinen kehitystilanne?
1. Tekniset parametrit: Esimerkiksi Schottky-diodin jännite kasvaa 250 voltista yli 1,000 volttiin, sirupinta-ala on pienempi, mutta virta on vain muutamia kymmeniä ampeeria. Käyttölämpötila nostetaan 180 asteeseen, mikä on kaukana 600 asteen käyttöönotosta. Jännitehäviö on vielä epätyydyttävämpi, se ei eroa piimateriaalista, ja korkean eteenpäin suuntautuvan jännitehäviön tulee saavuttaa 2 V.
2. Markkinahinta: noin 5-6 kertaa piimateriaalin valmistukseen verrattuna.

4. Mitä vaikeuksia piikarbidin kehittämisessä on (SiC ) -laitteet?Piikarbidilaitteiden kehityksen ongelma ei ole sirun periaatesuunnittelu, etenkään sirun rakenteen suunnittelu. Sen ratkaiseminen ei ole vaikeaa. Vaikeus piilee sirurakenteen valmistusprosessin toteuttamisessa. Esimerkkejä ovat seuraavat: 1. Piikarbidikiekkojen mikroputkivirhetiheys. 2. Epitaksisen prosessin tehokkuus on alhainen. 3. Dopingprosessilla on erityisvaatimuksia.

4. Ohmisen koskettimen valmistus. 5. Tukimateriaalien lämpötilankesto.

Yllä olevat ovat vain muutamia esimerkkejä, eivät kaikki. On edelleen monia prosessiongelmia, joille ei ole ihanteellisia ratkaisuja, kuten piikarbidin puolijohteiden pinnan kaivausprosessi, terminaalipassivointiprosessi ja hilaoksidikerroksen rajapintatilan vaikutus piikarbidin MOSFET-laitteiden pitkäaikaiseen stabiilisuuteen. Onko teollisuus jo päässyt yhteisymmärrykseen? Johdonmukaiset johtopäätökset jne. ovat suuresti estäneet piikarbiditeholaitteiden nopeaa kehitystä.

5. Kehityskatsaus piikarbidin pääsovellusalueille

Tällä hetkellä kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalit aiheuttavat vallankumouksen puhtaassa energiassa ja uuden sukupolven sähköisessä tietotekniikassa. Olipa kyseessä valaistus, kodinkoneet, kulutuselektroniikkalaitteet, uudet energiaajoneuvot, älykkäät sähköverkot tai sotilastarvikkeet, nämä korkean suorituskyvyn puolijohteet ovat materiaalien kysyntää. Kolmannen sukupolven puolijohteiden kehityksen mukaan sen pääsovelluksia ovat puolijohdevalaistus, tehoelektroniikkalaitteet, laserit ja ilmaisimet sekä neljä muuta alaa.
1. Puolijohdevalaistus
Neljästä sovellusalueesta puolijohdevalaistusteollisuus on kehittynyt nopeimmin ja muodostanut kymmenien miljardien dollarien mittakaavan.
2. Tehoelektroniikkalaitteet
Tehoelektroniikan alalla laajakaistaisten puolijohteiden käyttö on juuri alkanut, ja markkinoiden koko on vain muutama sata miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Sen sovellus on keskittynyt pääasiassa sotilaallisen huippuluokan varusteisiin ja laajenee vähitellen siviilialalle.
3. Laserit ja ilmaisimet
Laser- ja ilmaisinsovellusten alalla GaN-pohjaiset laserit voivat kattaa laajan spektrialueen ja toteuttaa sinisten, vihreiden ja ultraviolettilaserien valmistuksen sekä ultraviolettitunnistuksen.
4. Muut sovellukset
Huippututkimuksen alalla laajakaistaisia ​​puolijohteita voidaan käyttää aurinkokennoissa, biosensoreissa, vesipohjaisissa vedyn tuotantovälineissä ja muissa nousevissa sovelluksissa. Tällä hetkellä nämä kuumat alueet ovat vielä laboratoriotutkimus- ja kehitysvaiheessa.