Moderne C-, N-, B- en andere niet-oxide hoogwaardige vuurvaste grondstoffen, zoals siliciumcarbide gesinterd onder atmosferische druk, zijn op grote schaal verkrijgbaar, economisch en kunnen worden beschouwd als amaril of vuurvast zand. Zuiver siliciumcarbide is een kleurloos, transparant kristal. Wat zijn de materiaalstructuur en -eigenschappen van siliciumcarbide?
Gesinterd siliciumcarbide onder atmosferische druk
Materiaalstructuur van onder atmosferische druk gesinterd siliciumcarbide:
Het in de industrie gebruikte, onder atmosferische druk gesinterde siliciumcarbide is lichtgeel, groen, blauw en zwart, afhankelijk van het type en de hoeveelheid onzuiverheden. De zuiverheid en transparantie variëren. De kristalstructuur van siliciumcarbide is onderverdeeld in zeshoekig of diamantvormig plutonium en kubisch plutonium-SiC. Plutonium-SiC vertoont een verscheidenheid aan vervormingen als gevolg van de verschillende stapelingsvolgorde van koolstof- en siliciumatomen in de kristalstructuur; er zijn meer dan 70 soorten vervormingen gevonden. Boven 2100 °C wordt bèta-SiC omgezet in alfa-SiC. Het industriële proces voor de productie van siliciumcarbide omvat het raffineren met hoogwaardig kwartszand en petroleumcokes in een weerstandsoven. De geraffineerde siliciumcarbideblokken worden vermalen, gereinigd met zuur en base, magnetisch gescheiden, gezeefd of met water geselecteerd om producten met verschillende deeltjesgroottes te produceren.
Materiaaleigenschappen van onder atmosferische druk gesinterd siliciumcarbide:
Siliciumcarbide heeft een goede chemische stabiliteit, thermische geleidbaarheid, thermische uitzettingscoëfficiënt en slijtvastheid. Naast gebruik als schuurmiddel kent het daarom vele toepassingen: Zo wordt siliciumcarbidepoeder bijvoorbeeld met een speciaal proces op de binnenwand van turbinewaaiers of cilinderblokken aangebracht, wat de slijtvastheid verbetert en de levensduur met een factor 1 tot 2 verlengt. Gemaakt van hittebestendige, compacte, lichtgewicht en zeer sterke vuurvaste materialen van hoge kwaliteit, is het zeer energiezuinig. Laagwaardig siliciumcarbide (met ongeveer 85% SiC) is een uitstekend deoxidatiemiddel om de staalproductiesnelheid te verhogen en de chemische samenstelling eenvoudig te controleren, wat de staalkwaliteit ten goede komt. Bovendien wordt siliciumcarbide, gesinterd onder atmosferische druk, ook veel gebruikt bij de productie van elektrische componenten zoals siliciumkoolstofstaven.
Siliciumcarbide is zeer hard. De Morse-hardheid bedraagt 9,5, na diamant (10) de hardste ter wereld. Het is een halfgeleider met een uitstekende thermische geleidbaarheid en kan oxidatie bij hoge temperaturen weerstaan. Siliciumcarbide kent minstens 70 kristallijne vormen. Plutoniumsiliciumcarbide is een veelvoorkomend isomeer dat zich vormt bij temperaturen boven de 2000 °C en een hexagonale kristalstructuur heeft (vergelijkbaar met wurtziet). Gesinterd siliciumcarbide onder atmosferische druk.
Toepassing van siliciumcarbide in de halfgeleiderindustrie
De toeleveringsketen van de siliciumcarbide-halfgeleiderindustrie omvat hoofdzakelijk siliciumcarbidepoeder met een hoge zuiverheid, enkelkristalsubstraten, epitaxiale platen, vermogenscomponenten, moduleverpakkingen en terminaltoepassingen.
1. Eenkristalsubstraat Een eenkristalsubstraat is een halfgeleiderondersteunend materiaal, een geleidend materiaal en een substraat voor epitaxiale groei. Momenteel omvatten de groeimethoden voor SiC-eenkristallen de fysische dampoverdrachtsmethode (PVT-methode), de vloeistoffasemethode (LPE-methode) en de hogetemperatuur chemische dampafzettingsmethode (HTCVD-methode). Gesinterd siliciumcarbide onder atmosferische druk
2. Epitaxiale laag: Een epitaxiale siliciumcarbidelaag, een siliciumcarbideplaat of een enkelkristalfilm (epitaxiale laag) met dezelfde oriëntatie als het substraatkristal stelt bepaalde eisen aan het siliciumcarbidesubstraat. In de praktijk worden halfgeleidercomponenten met een brede bandgap vrijwel volledig op epitaxiale wijze vervaardigd, waarbij de siliciumchip zelf als substraat dient, inclusief het substraat voor GaN-epitaxiale lagen.
3. Hoogzuiver siliciumcarbidepoeder Hoogzuiver siliciumcarbidepoeder is de grondstof voor de groei van siliciumcarbide-eenkristallen via de PVT-methode, en de zuiverheid van het product heeft een directe invloed op de groeikwaliteit en de elektrische eigenschappen van het siliciumcarbide-eenkristal.
4. Het vermogensapparaat is een breedbandvermogensversterker gemaakt van siliciumcarbide, een materiaal dat de kenmerken heeft van hoge temperatuur, hoge frequentie en een hoog rendement. Afhankelijk van de werkingsvorm van het apparaat, bestaat de SiC-voedingsversterker hoofdzakelijk uit een vermogensdiode en een vermogensschakelaar.
5. Terminal In toepassingen van de derde generatie halfgeleiders hebben siliciumcarbide-halfgeleiders het voordeel dat ze complementair zijn aan galliumnitride-halfgeleiders. Door de hoge conversie-efficiëntie, lage warmteontwikkeling, het lichte gewicht en andere voordelen van SiC-componenten blijft de vraag vanuit de downstream-industrie toenemen en is er een trend om SiO2-componenten te vervangen.
Geplaatst op: 16 juni 2023