Uutena puolijohdemateriaalina piikarbidista (SiC) on tullut tärkein puolijohdemateriaali lyhytaaltoisten optoelektronisten laitteiden, korkean lämpötilan laitteiden, säteilynsietolaitteiden ja suurteho-/suuritehoisten elektronisten laitteiden valmistuksessa erinomaisten fysikaalisten ja kemiallisten sekä sähköisten ominaisuuksiensa ansiosta. Erityisesti äärimmäisissä ja ankarissa olosuhteissa piikarbidilaitteiden ominaisuudet ylittävät huomattavasti pii- ja GaAs-laitteiden ominaisuudet. Siksi piikarbidilaitteista ja erilaisista antureista on vähitellen tullut yksi keskeisistä laitteista, ja niiden rooli on kasvanut.
Piikarbidilaitteet ja -piirit ovat kehittyneet nopeasti 1980-luvulta lähtien, erityisesti vuodesta 1989 lähtien, jolloin ensimmäinen piikarbidisubstraattikiekko tuli markkinoille. Joillakin aloilla, kuten valodiodeissa, korkeataajuisissa suuritehoisissa ja korkeajännitteisissä laitteissa, piikarbidilaitteita on käytetty laajalti kaupallisesti. Kehitys on nopeaa. Lähes 10 vuoden kehitystyön jälkeen piikarbidilaiteprosessilla on pystytty valmistamaan kaupallisia laitteita. Useat Creen edustamat yritykset ovat alkaneet tarjota piikarbidilaitteita kaupallisesti. Myös kotimaiset tutkimuslaitokset ja yliopistot ovat saavuttaneet ilahduttavia saavutuksia piikarbidimateriaalien kasvussa ja laitteiden valmistusteknologiassa. Vaikka piikarbidimateriaalilla on erittäin hyvät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja piikarbidilaiteteknologia on myös kypsää, piikarbidilaitteiden ja -piirien suorituskyky ei ole ylivoimainen. Lisäksi piikarbidimateriaalia ja -prosessia on jatkuvasti parannettava. Piikarbidimateriaalien hyödyntämiseen tulisi panostaa enemmän optimoimalla S5C-laiterakennetta tai ehdottamalla uusia laiterakenteita.
Tällä hetkellä piikarbidilaitteiden tutkimus keskittyy pääasiassa erillisiin laitteisiin. Kunkin laiterakenteen tyypin osalta alustavana tutkimuksena on yksinkertaisesti siirtää vastaava pii- tai GaAs-laiterakenne piikarbidiin optimoimatta laiterakennetta. Koska piikarbidin sisäinen oksidikerros on sama kuin piillä, eli SiO2, se tarkoittaa, että useimmat piilaitteet, erityisesti m-pa-laitteet, voidaan valmistaa piikarbidille. Vaikka kyseessä on vain yksinkertainen siirto, jotkut saaduista laitteista ovat saavuttaneet tyydyttäviä tuloksia, ja osa laitteista on jo päässyt tehdasmarkkinoille.
Piikarbidista (SiC) valmistetut optoelektroniset laitteet, erityisesti siniset valodiodit (BLU-ray-ledit), tulivat markkinoille 1990-luvun alussa ja olivat ensimmäisiä massatuotettuja piikarbidilaitteita. Kaupallisesti on myös saatavilla korkeajännitteisiä piikarbidi-Schottky-diodeja, piikarbidi-RF-tehotransistoreja, piikarbidi-MOSFETejä ja mesFETejä. Näiden piikarbidituotteiden suorituskyky on luonnollisesti kaukana piikarbidimateriaalien superominaisuuksista, ja piikarbidilaitteiden vahvempia toimintoja ja suorituskykyä on vielä tutkittava ja kehitettävä. Tällaiset yksinkertaiset laitteet eivät usein pysty täysin hyödyntämään piikarbidimateriaalien etuja edes joidenkin piikarbidilaitteiden etujen osalta. Jotkut alun perin valmistetuista piikarbidilaitteista eivät pysty vastaamaan vastaavien pii- tai kalsiumkarbonaattilaitteiden suorituskykyä.
Jotta piikarbidimateriaalien ominaisuuksien edut voitaisiin paremmin muuntaa piikarbidilaitteiden eduiksi, tutkimme parhaillaan, miten laitteiden valmistusprosessia ja rakennetta voidaan optimoida tai kehittää uusia rakenteita ja prosesseja piikarbidilaitteiden toiminnan ja suorituskyvyn parantamiseksi.
Julkaisun aika: 23. elokuuta 2022