مواد خام حرارية حديثة عالية التقنية من الكربون والنيتروجين والبوتاسيوم وغيرها من المواد الخام غير المؤكسدة. يتميز كربيد السيليكون المُلبَّد تحت الضغط الجوي بكثافة عالية وفعالية اقتصادية، ويمكن اعتباره صنفرة أو رملًا حراريًا. كربيد السيليكون النقي عبارة عن بلورة شفافة عديمة اللون. فما هي بنية وخصائص كربيد السيليكون؟
كربيد السيليكون المتكلس تحت الضغط الجوي
البنية المادية لكربيد السيليكون المتكلس تحت الضغط الجوي:
كربيد السيليكون المُلبَّد تحت الضغط الجوي، والمُستخدم في الصناعة، يتميز بألوان الأصفر الفاتح والأخضر والأزرق والأسود، وذلك وفقًا لنوع الشوائب ومحتواها، كما تختلف درجة نقائه وشفافيته. ينقسم تركيب بلورات كربيد السيليكون إلى بلوتونيوم سداسي أو ماسي الشكل، وبلوتونيوم-سيك مكعب. يُشكِّل بلوتونيوم-سيك مجموعة متنوعة من التشوهات بسبب اختلاف ترتيب ذرات الكربون والسيليكون في التركيب البلوري، وقد وُجِد أكثر من 70 نوعًا من التشوهات. يتحول بيتا-سيك إلى ألفا-سيك فوق 2100. تُكرَّس العملية الصناعية لكربيد السيليكون باستخدام رمل الكوارتز عالي الجودة وكوك البترول في فرن المقاومة. تُسحق كتل كربيد السيليكون المُكرَّرة، وتُنظَّف باستخدام الأحماض والقواعد، والفصل المغناطيسي، والغربلة، أو اختيار الماء، لإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات بأحجام جسيمية مختلفة.
الخصائص المادية لكربيد السيليكون المتصلب تحت الضغط الجوي:
يتميز كربيد السيليكون بثبات كيميائي جيد، وموصلية حرارية، ومعامل تمدد حراري، ومقاومة للتآكل، ولذلك، بالإضافة إلى استخدامه كمادة كاشطة، له استخدامات عديدة: على سبيل المثال، يُطلى مسحوق كربيد السيليكون على الجدار الداخلي لمكره التوربين أو كتلة الأسطوانة بعملية خاصة، مما يُحسّن مقاومة التآكل ويطيل عمره الافتراضي بمقدار مرة أو مرتين. مصنوع من مواد حرارية عالية الجودة، مقاومة للحرارة، صغيرة الحجم، خفيفة الوزن، عالية القوة، وكفاءة طاقة ممتازة. يُعد كربيد السيليكون منخفض الجودة (بما في ذلك حوالي 85% SiC) مزيلًا ممتازًا للأكسدة، مما يزيد من سرعة تصنيع الفولاذ ويسهل التحكم في تركيبه الكيميائي، مما يُحسّن جودة الفولاذ. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم كربيد السيليكون المُلبّد تحت الضغط الجوي على نطاق واسع في تصنيع الأجزاء الكهربائية لقضبان الكربون السيليكونية.
كربيد السيليكون صلب للغاية. تبلغ صلادته 9.5 درجة بمقياس مورس، وهو ثاني أكثر صلابة في العالم بعد الماس الصلب (10)، وهو شبه موصل يتمتع بموصلية حرارية ممتازة، ويقاوم الأكسدة في درجات الحرارة العالية. يحتوي كربيد السيليكون على ما لا يقل عن 70 نوعًا بلوريًا. كربيد البلوتونيوم-السيليكون هو متزامِر شائع يتشكل عند درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية، وله بنية بلورية سداسية (تشبه الوورتزيت). كربيد السيليكون المُلبَّد تحت الضغط الجوي.
تطبيق كربيد السيليكون في صناعة أشباه الموصلات
تشتمل سلسلة صناعة أشباه الموصلات من كربيد السيليكون بشكل أساسي على مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء، والركيزة البلورية المفردة، والصفائح الطبقية، ومكونات الطاقة، وتغليف الوحدات، وتطبيقات المحطة الطرفية.
ركيزة أحادية البلورة: هي مادة داعمة شبه موصلة، وموصلة، وركيزة نمو طبقي. حاليًا، تشمل طرق نمو بلورة SiC أحادية البلورة طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT)، وطريقة الطور السائل (LPE)، وطريقة الترسيب الكيميائي للبخار في درجات حرارة عالية (HTCVD). كربيد السيليكون المُلبَّد تحت الضغط الجوي.
٢. طبقة الظهارة: طبقة ظهارة من كربيد السيليكون، وهي عبارة عن غشاء بلوري أحادي (طبقة ظهارة) بنفس اتجاه بلورة الركيزة، وتتطلب متطلبات معينة لركيزة كربيد السيليكون. في التطبيقات العملية، تُصنع جميع أجهزة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض تقريبًا في الطبقة الظهارية، وتُستخدم رقاقة السيليكون نفسها كركيزة فقط، بما في ذلك ركيزة طبقة نيتريد الغاليوم الظهارية.
3. مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء هو المادة الخام لنمو بلورة كربيد السيليكون المفردة بطريقة PVT، وتؤثر نقاء المنتج بشكل مباشر على جودة النمو والخصائص الكهربائية لبلورة كربيد السيليكون المفردة.
4. مصدر الطاقة هو مصدر طاقة واسع النطاق مصنوع من مادة كربيد السيليكون، يتميز بارتفاع درجة الحرارة والتردد والكفاءة. يتكون مصدر الطاقة من كربيد السيليكون، وفقًا لطريقة تشغيله، بشكل أساسي من ثنائي طاقة وأنبوب مفتاح طاقة.
٥. الطرفية: في تطبيقات أشباه الموصلات من الجيل الثالث، تتميز أشباه موصلات كربيد السيليكون بكونها مُكمّلة لأشباه موصلات نيتريد الغاليوم. وبفضل كفاءة التحويل العالية، وانخفاض خصائص التسخين، وخفة الوزن، وغيرها من مزايا أجهزة كربيد السيليكون، يستمر الطلب على هذه الأجهزة في الازدياد، وهناك اتجاه نحو استبدال أجهزة ثاني أكسيد السيليكون.
وقت النشر: ١٦ يونيو ٢٠٢٣