باعتباره نوعًا جديدًا من مواد أشباه الموصلات، أصبح كربيد السيليكون (SiC) أهم مادة أشباه موصلات في تصنيع الأجهزة الإلكترونية البصرية قصيرة الموجة، وأجهزة درجات الحرارة العالية، وأجهزة مقاومة الإشعاع، والأجهزة الإلكترونية عالية القدرة/الطاقة، وذلك بفضل خصائصه الفيزيائية والكيميائية الممتازة وخواصه الكهربائية. وخاصةً عند استخدامه في ظروف قاسية وقاسية، تتفوق خصائص أجهزة كربيد السيليكون (SiC) بشكل كبير على خصائص أجهزة السيليكون (Si) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs). لذلك، أصبحت أجهزة كربيد السيليكون (SiC) ومختلف أنواع المستشعرات تدريجيًا من الأجهزة الرئيسية، وتلعب دورًا متزايد الأهمية.
شهدت أجهزة ودوائر كربيد السيليكون (SiC) تطورًا سريعًا منذ ثمانينيات القرن الماضي، وخاصةً منذ عام 1989 عندما طُرحت أول رقاقة ركيزة من كربيد السيليكون في السوق. وفي بعض المجالات، مثل الثنائيات الباعثة للضوء، والأجهزة عالية التردد والطاقة والجهد العالي، استُخدمت أجهزة كربيد السيليكون على نطاق واسع تجاريًا. ويشهد هذا التطور تطورًا سريعًا. فبعد ما يقرب من 10 سنوات من التطوير، أصبحت عملية أجهزة كربيد السيليكون قادرة على تصنيع أجهزة تجارية. وقد بدأت العديد من الشركات، مثل شركة كري، في تقديم منتجات تجارية من أجهزة كربيد السيليكون. كما حققت معاهد البحوث والجامعات المحلية إنجازات مُرضية في نمو مادة كربيد السيليكون وتكنولوجيا تصنيع الأجهزة. ورغم أن مادة كربيد السيليكون تتميز بخصائص فيزيائية وكيميائية فائقة، وتطور تكنولوجيا أجهزة كربيد السيليكون، إلا أن أداء أجهزة ودوائر كربيد السيليكون ليس بالمستوى المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال عملية تصنيع أجهزة ومواد كربيد السيليكون بحاجة إلى التحسين المستمر. وينبغي بذل المزيد من الجهود للاستفادة من مواد كربيد السيليكون من خلال تحسين بنية أجهزة كربيد السيليكون (S5C) أو اقتراح بنية جديدة.
في الوقت الحالي، تُركز أبحاث أجهزة كربيد السيليكون (SiC) بشكل رئيسي على الأجهزة المنفصلة. لكل نوع من بنية الجهاز، يتمثل البحث الأولي في نقل بنية جهاز السيليكون أو زرنيخيد الغاليوم المقابلة إلى كربيد السيليكون دون تحسين بنيته. وبما أن طبقة الأكسيد الجوهرية في كربيد السيليكون هي نفسها الموجودة في السيليكون، وهي SiO2، فهذا يعني أنه يمكن تصنيع معظم أجهزة السيليكون، وخاصةً أجهزة m-pa، على كربيد السيليكون. ورغم أن عملية النقل بسيطة، إلا أن بعض الأجهزة التي تم الحصول عليها حققت نتائج مرضية، وبعضها دخل بالفعل سوق التصنيع.
دخلت الأجهزة البصرية الإلكترونية المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC)، وخاصةً الثنائيات الباعثة للضوء الأزرق (مصابيح LED بتقنية بلو راي)، السوق في أوائل التسعينيات، وهي أول أجهزة كربيد السيليكون تُنتج بكميات كبيرة. كما تتوفر تجاريًا ثنائيات شوتكي عالية الجهد من كربيد السيليكون، وترانزستورات الطاقة الترددية اللاسلكية من كربيد السيليكون، وترميز MOSFETs، وترميز MesFETs من كربيد السيليكون. وبالطبع، لا يرقى أداء جميع منتجات كربيد السيليكون هذه إلى مستوى الخصائص الفائقة لمواد كربيد السيليكون، ولا تزال وظائف وأداء أجهزة كربيد السيليكون الأقوى بحاجة إلى البحث والتطوير. وغالبًا ما لا تُحقق هذه التركيبات البسيطة استغلالًا كاملًا لمزايا مواد كربيد السيليكون. وحتى في مجال بعض مزايا أجهزة كربيد السيليكون، لا تُضاهي بعض أجهزة كربيد السيليكون المُصنّعة في البداية أداء أجهزة السيليكون أو زرنيخيد الكالسيوم المُناظرة لها.
من أجل تحويل مزايا خصائص مادة SiC بشكل أفضل إلى مزايا أجهزة SiC، فإننا ندرس حاليًا كيفية تحسين عملية تصنيع الجهاز وهيكل الجهاز أو تطوير هياكل جديدة وعمليات جديدة لتحسين وظيفة وأداء أجهزة SiC.
وقت النشر: ٢٣ أغسطس ٢٠٢٢