Matières premières réfractaires modernes de haute technologie, notamment à base de C, N, B et autres oxydes, le carbure de silicium fritté à pression atmosphérique est un matériau répandu et économique, comparable à de l'émeri ou du sable réfractaire. Le carbure de silicium pur est un cristal transparent et incolore. Quelles sont donc sa structure et ses caractéristiques ?
Carbure de silicium fritté sous pression atmosphérique
Structure matérielle du carbure de silicium fritté à pression atmosphérique :
Le carbure de silicium fritté à pression atmosphérique utilisé dans l'industrie est jaune clair, vert, bleu et noir selon le type et la teneur en impuretés. Sa pureté et sa transparence varient. La structure cristalline du carbure de silicium se divise en plutonium en losange ou en plutonium-silicium cubique. Le plutonium-silicium subit diverses déformations en raison de l'ordre d'empilement différent des atomes de carbone et de silicium dans la structure cristalline, et plus de 70 types de déformations ont été identifiés. Le bêta-SIC se transforme en alpha-SIC au-delà de 2 100. Le carbure de silicium est raffiné industriellement avec du sable de quartz de haute qualité et du coke de pétrole dans un four à résistance. Les blocs de carbure de silicium raffinés sont broyés, nettoyés par un procédé acide-base, séparés magnétiquement, tamisés ou triés par l'eau pour produire des produits de différentes granulométries.
Caractéristiques matérielles du carbure de silicium fritté à pression atmosphérique :
Le carbure de silicium présente une bonne stabilité chimique, une bonne conductivité thermique, un bon coefficient de dilatation thermique et une bonne résistance à l'usure. Outre son utilisation abrasive, il offre de nombreuses applications. Par exemple, la poudre de carbure de silicium est appliquée sur la paroi interne des turbines ou des blocs-cylindres grâce à un procédé spécial, ce qui permet d'améliorer la résistance à l'usure et de prolonger la durée de vie de 1 à 2 fois. Fabriqué à partir de matériaux réfractaires de haute qualité, résistants à la chaleur, compacts, légers et très résistants, il présente un excellent rendement énergétique. Le carbure de silicium de faible teneur (comprenant environ 85 % de SiC) est un excellent désoxydant pour accélérer la fabrication de l'acier et faciliter le contrôle de sa composition chimique afin d'améliorer la qualité de l'acier. De plus, le carbure de silicium fritté à pression atmosphérique est également largement utilisé dans la fabrication de composants électriques à base de barres silicium-carbone.
Le carbure de silicium est très dur. Sa dureté Morse est de 9,5, la deuxième plus dure au monde après celle du diamant (10). C'est un semi-conducteur doté d'une excellente conductivité thermique et capable de résister à l'oxydation à haute température. Il existe au moins 70 types cristallins. Le carbure de plutonium-silicium est un isomère courant qui se forme à des températures supérieures à 2000 °C et présente une structure cristalline hexagonale (similaire à la wurtzite). Carbure de silicium fritté à pression atmosphérique.
Application du carbure de silicium dans l'industrie des semi-conducteurs
La chaîne industrielle des semi-conducteurs en carbure de silicium comprend principalement la poudre de carbure de silicium de haute pureté, le substrat monocristallin, la feuille épitaxiale, les composants de puissance, l'emballage des modules et les applications terminales.
1. Substrat monocristallin. Ce substrat est un support semi-conducteur, un matériau conducteur et un substrat de croissance épitaxiale. Actuellement, les méthodes de croissance de monocristal de SiC comprennent le transfert physique en phase vapeur (PVT), la phase liquide (LPE) et le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HTCVD). Le carbure de silicium est fritté à pression atmosphérique.
2. Feuille épitaxiale : Feuille épitaxiale de carbure de silicium, feuille de carbure de silicium, film monocristallin (couche épitaxiale) dont l'orientation est identique à celle du cristal du substrat, et qui présente certaines exigences pour le substrat en carbure de silicium. Dans la pratique, les dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite sont presque tous fabriqués en couche épitaxiale, la puce de silicium elle-même servant uniquement de substrat, y compris celui de la couche épitaxiale de GaN.
3. Poudre de carbure de silicium de haute pureté La poudre de carbure de silicium de haute pureté est la matière première pour la croissance du monocristal de carbure de silicium par la méthode PVT, et la pureté du produit affecte directement la qualité de croissance et les caractéristiques électriques du monocristal de carbure de silicium.
4. Le dispositif d'alimentation est un dispositif à large bande en carbure de silicium, résistant aux hautes températures, à haute fréquence et à haut rendement. Selon son mode de fonctionnement, le dispositif d'alimentation en carbure de silicium comprend principalement une diode de puissance et un tube de commutation.
5. Terminal. Dans les applications de semi-conducteurs de troisième génération, les semi-conducteurs en carbure de silicium présentent l'avantage d'être complémentaires des semi-conducteurs en nitrure de gallium. Grâce à leur rendement de conversion élevé, leur faible échauffement, leur légèreté et d'autres avantages, les dispositifs SiC connaissent une demande croissante dans l'industrie en aval, et la tendance est au remplacement des dispositifs SiO2.
Date de publication : 16 juin 2023