Moderne C-, N-, B- und andere nichtoxidische Hightech-Feuerfestrohstoffe, druckgesintertes Siliziumkarbid, sind weit verbreitet und wirtschaftlich und können als Schmirgel oder feuerfester Sand bezeichnet werden. Reines Siliziumkarbid ist ein farbloser, transparenter Kristall. Wie ist die Materialstruktur und die Eigenschaften von Siliziumkarbid?
Gesintertes Siliziumkarbid unter Atmosphärendruck
Materialstruktur von atmosphärendruckgesintertem Siliziumkarbid:
Das in der Industrie verwendete, bei atmosphärischem Druck gesinterte Siliziumkarbid ist je nach Art und Gehalt an Verunreinigungen hellgelb, grün, blau und schwarz und hat unterschiedliche Reinheits- und Transparenzeigenschaften. Die Kristallstruktur von Siliziumkarbid ist in sechseckiges oder rautenförmiges Plutonium und kubisches Plutonium-SiC unterteilt. Plutonium-SiC weist aufgrund der unterschiedlichen Stapelreihenfolge der Kohlenstoff- und Siliziumatome in der Kristallstruktur verschiedene Verformungen auf und es wurden über 70 Verformungsarten entdeckt. Über 2100 wandelt sich Beta-SiC in Alpha-SiC um. Im industriellen Prozess wird Siliziumkarbid mit hochwertigem Quarzsand und Petrolkoks in einem Widerstandsofen raffiniert. Raffinierte Siliziumkarbidblöcke werden zerkleinert, einer Säure-Base-Reinigung, einer Magnetscheidung, einer Siebung oder einer Wasserselektion unterzogen, um Produkte mit unterschiedlichen Partikelgrößen herzustellen.
Materialeigenschaften von atmosphärendruckgesintertem Siliziumkarbid:
Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine gute chemische Stabilität, Wärmeleitfähigkeit, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und hohe Verschleißfestigkeit aus. Daher findet es neben der Verwendung als Schleifmittel vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten: Beispielsweise wird Siliziumkarbidpulver durch ein spezielles Verfahren auf die Innenwände von Turbinenlaufrädern oder Zylinderblöcken aufgetragen, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert und die Lebensdauer um das Ein- bis Zweifache verlängert werden kann. Hergestellt aus hitzebeständigem, kompaktem, leichtem und hochfestem, hochwertigem, feuerfestem Material, weist es eine sehr gute Energieeffizienz auf. Niedrigwertiges Siliziumkarbid (mit ca. 85 % SiC) ist ein hervorragendes Desoxidationsmittel zur Beschleunigung der Stahlherstellung und zur einfachen Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, um die Stahlqualität zu verbessern. Darüber hinaus wird atmosphärisch gesintertes Siliziumkarbid häufig zur Herstellung von elektrischen Bauteilen aus Silizium-Kohlenstoffstäben verwendet.
Siliziumkarbid ist sehr hart. Die Morsehärte beträgt 9,5 und ist damit nach dem harten Diamanten der Welt (10) die zweithöchste Härte. Es ist ein Halbleiter mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und hoher Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Siliziumkarbid kommt in mindestens 70 Kristalltypen vor. Plutonium-Siliziumkarbid ist ein häufiges Isomer, das sich bei Temperaturen über 2000 °C bildet und eine hexagonale Kristallstruktur (ähnlich Wurtzit) aufweist. Gesintertes Siliziumkarbid unter Atmosphärendruck
Anwendung von Siliziumkarbid in der Halbleiterindustrie
Die Siliziumkarbid-Halbleiter-Industriekette umfasst hauptsächlich hochreines Siliziumkarbidpulver, Einkristallsubstrate, Epitaxiefolien, Leistungskomponenten, Modulverpackungen und Terminalanwendungen.
1. Einkristallsubstrat Einkristallsubstrat ist ein Halbleiterträgermaterial, ein leitfähiges Material und ein epitaktisches Wachstumssubstrat. Zu den aktuellen Züchtungsverfahren für SiC-Einkristalle gehören die physikalische Gasphasenübertragung (PVT), die Flüssigphasenabscheidung (LPE) und die chemische Gasphasenabscheidung bei hohen Temperaturen (HTCVD). Gesintertes Siliziumkarbid unter atmosphärischem Druck
2. Epitaxieschicht Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, Siliziumkarbidschicht, Einkristallfilm (Epitaxieschicht) mit der gleichen Richtung wie der Substratkristall, der bestimmte Anforderungen an das Siliziumkarbidsubstrat stellt. In praktischen Anwendungen werden Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke fast ausschließlich in der Epitaxieschicht hergestellt, und der Siliziumchip selbst wird nur als Substrat verwendet, einschließlich des Substrats der GaN-Epitaxieschicht.
3. Hochreines Siliziumkarbidpulver Hochreines Siliziumkarbidpulver ist der Rohstoff für das Wachstum von Siliziumkarbid-Einkristallen mit der PVT-Methode, und die Reinheit des Produkts wirkt sich direkt auf die Wachstumsqualität und die elektrischen Eigenschaften von Siliziumkarbid-Einkristallen aus.
4. Das Leistungsgerät ist ein Breitband-Leistungsgerät aus Siliziumkarbidmaterial, das sich durch hohe Temperaturen, hohe Frequenzen und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. Je nach Betriebsform des Geräts besteht das SiC-Stromversorgungsgerät hauptsächlich aus einer Leistungsdiode und einer Leistungsschalterröhre.
5. Anschluss In Halbleiteranwendungen der dritten Generation bieten Siliziumkarbid-Halbleiter den Vorteil, Galliumnitrid-Halbleiter zu ergänzen. Aufgrund der hohen Umwandlungseffizienz, der geringen Erwärmung, des geringen Gewichts und anderer Vorteile von SiC-Bauelementen steigt die Nachfrage der nachgelagerten Industrie weiter an, und es besteht ein Trend zum Ersatz von SiO2-Bauelementen.
Veröffentlichungszeit: 16. Juni 2023