I moderni materiali refrattari ad alta tecnologia a base di carbonio, azoto, boro e altri non ossidi, come il carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica, sono ampiamente disponibili ed economici, e possono essere considerati simili a smeriglio o sabbia refrattaria. Il carburo di silicio puro è un cristallo trasparente e incolore. Quali sono quindi la struttura e le caratteristiche del carburo di silicio?
Carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica
Struttura del materiale del carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica:
Il carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica utilizzato nell'industria è di colore giallo chiaro, verde, blu e nero a seconda del tipo e del contenuto di impurità, e la purezza e la trasparenza variano a seconda del colore. La struttura cristallina del carburo di silicio è suddivisa in plutonio a sei vertici o a forma di diamante e plutonio-silicio cubico. Il plutonio-silicio forma una varietà di deformazioni dovute al diverso ordine di impilamento degli atomi di carbonio e silicio nella struttura cristallina, e sono stati individuati più di 70 tipi di deformazioni. Il beta-silicio si converte in alfa-silicio al di sopra di 2100 °C. Il processo industriale di raffinazione del carburo di silicio prevede l'utilizzo di sabbia di quarzo di alta qualità e coke di petrolio in un forno a resistenza. I blocchi di carburo di silicio raffinato vengono frantumati, puliti con soluzioni acido-base, separati magneticamente, vagliati o selezionati con acqua per produrre prodotti con diverse granulometrie.
Caratteristiche del materiale del carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica:
Il carburo di silicio possiede una buona stabilità chimica, conducibilità termica, coefficiente di dilatazione termica e resistenza all'usura, pertanto, oltre all'uso come abrasivo, trova numerose applicazioni. Ad esempio, la polvere di carburo di silicio viene applicata sulla parete interna della girante della turbina o del blocco cilindri mediante un processo speciale, migliorando la resistenza all'usura e prolungando la durata di 1 o 2 volte. Realizzato con materiali refrattari di alta qualità, resistenti al calore, di piccole dimensioni, leggeri e ad alta resistenza, offre un'ottima efficienza energetica. Il carburo di silicio di bassa qualità (contenente circa l'85% di SiC) è un eccellente disossidante che consente di aumentare la velocità di produzione dell'acciaio e di controllarne facilmente la composizione chimica, migliorandone la qualità. Inoltre, il carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica è ampiamente utilizzato nella produzione di barre di carbonio al silicio per componenti elettrici.
Il carburo di silicio è molto duro. La sua durezza Morse è 9,5, seconda solo al diamante più duro al mondo (10), è un semiconduttore con un'eccellente conduttività termica e può resistere all'ossidazione ad alte temperature. Il carburo di silicio ha almeno 70 tipi cristallini. Il carburo di silicio plutonio è un isomero comune che si forma a temperature superiori a 2000 e ha una struttura cristallina esagonale (simile alla wurtzite). Carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica
Applicazioni del carburo di silicio nell'industria dei semiconduttori
La filiera industriale dei semiconduttori al carburo di silicio comprende principalmente polvere di carburo di silicio ad alta purezza, substrati monocristallini, fogli epitassiali, componenti di potenza, confezionamento di moduli e applicazioni terminali.
1. Substrato monocristallino Il substrato monocristallino è un materiale di supporto per semiconduttori, un materiale conduttivo e un substrato per la crescita epitassiale. Attualmente, i metodi di crescita del monocristallo di SiC includono il metodo di trasferimento fisico in fase vapore (metodo PVT), il metodo in fase liquida (metodo LPE) e il metodo di deposizione chimica da fase vapore ad alta temperatura (metodo HTCVD). Carburo di silicio sinterizzato a pressione atmosferica
2. Foglio epitassiale Foglio epitassiale di carburo di silicio, foglio di carburo di silicio, film monocristallino (strato epitassiale) con la stessa direzione del cristallo del substrato che ha determinati requisiti per il substrato di carburo di silicio. Nelle applicazioni pratiche, i dispositivi semiconduttori a banda proibita ampia sono quasi tutti fabbricati nello strato epitassiale e il chip di silicio stesso viene utilizzato solo come substrato, incluso il substrato dello strato epitassiale di GaN.
3. Polvere di carburo di silicio ad elevata purezza La polvere di carburo di silicio ad elevata purezza è la materia prima per la crescita di monocristalli di carburo di silicio mediante il metodo PVT, e la purezza del prodotto influisce direttamente sulla qualità della crescita e sulle caratteristiche elettriche del monocristallo di carburo di silicio.
4. Il dispositivo di alimentazione è un alimentatore a banda larga realizzato in carburo di silicio, che presenta caratteristiche di alta temperatura, alta frequenza ed alta efficienza. In base alla forma operativa del dispositivo, l'alimentatore SiC comprende principalmente un diodo di potenza e un transistor di commutazione di potenza.
5. Terminale Nelle applicazioni di semiconduttori di terza generazione, i semiconduttori al carburo di silicio presentano il vantaggio di essere complementari ai semiconduttori al nitruro di gallio. Grazie all'elevata efficienza di conversione, alle basse caratteristiche di riscaldamento, alla leggerezza e ad altri vantaggi dei dispositivi SiC, la domanda dell'industria a valle continua ad aumentare e si osserva una tendenza alla sostituzione dei dispositivi SiO2.
Data di pubblicazione: 16 giugno 2023