Nowoczesne, beztlenowe, zaawansowane technologicznie surowce ogniotrwałe, takie jak węglik krzemu spiekany w ciśnieniu atmosferycznym, są szeroko dostępne i ekonomiczne. Można je porównać do piasku szmerglowego lub ogniotrwałego. Czysty węglik krzemu to bezbarwny, przezroczysty kryształ. Jaka jest zatem struktura i właściwości węglika krzemu?
Spiekany węglik krzemu pod ciśnieniem atmosferycznym
Struktura materiałowa węglika krzemu spiekanego pod ciśnieniem atmosferycznym:
Spiekany pod ciśnieniem atmosferycznym węglik krzemu, stosowany w przemyśle, jest jasnożółty, zielony, niebieski i czarny, w zależności od rodzaju i zawartości zanieczyszczeń. Jego czystość i przezroczystość są różne. Struktura krystaliczna węglika krzemu dzieli się na pluton sześciowyrazowy lub diamentowy oraz pluton sześcienny. Pluton sześcienny ulega różnorodnym deformacjom ze względu na różną kolejność ułożenia atomów węgla i krzemu w strukturze krystalicznej. Odkryto ponad 70 rodzajów deformacji. Beta-SIC przekształca się w alfa-SIC powyżej 2100. Przemysłowy proces rafinacji węglika krzemu jest przeprowadzany w piecu oporowym z wysokiej jakości piaskiem kwarcowym i koksem naftowym. Rafinowane bloki węglika krzemu są kruszone, oczyszczane kwasowo-zasadowo, separowane magnetycznie, przesiewane lub poddawane selekcji wody w celu uzyskania produktów o różnej wielkości cząstek.
Charakterystyka materiałowa węglika krzemu spiekanego pod ciśnieniem atmosferycznym:
Węglik krzemu charakteryzuje się dobrą stabilnością chemiczną, przewodnością cieplną, współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i odpornością na zużycie, dzięki czemu, oprócz zastosowań ściernych, ma wiele zastosowań: na przykład, proszek węglika krzemu jest nakładany na wewnętrzną ścianę wirnika turbiny lub bloku cylindrów za pomocą specjalnego procesu, co może poprawić odporność na zużycie i wydłużyć żywotność 1-2 razy. Wykonany z żaroodpornych, niewielkich rozmiarów, lekki, o wysokiej wytrzymałości materiałów ogniotrwałych, charakteryzuje się bardzo dobrą efektywnością energetyczną. Niskoprocentowy węglik krzemu (zawierający około 85% SiC) jest doskonałym odtleniaczem, który przyspiesza proces produkcji stali i ułatwia kontrolę składu chemicznego w celu poprawy jakości stali. Ponadto, spiekany pod ciśnieniem atmosferycznym węglik krzemu jest również szeroko stosowany w produkcji elementów elektrycznych z prętów krzemowo-węglowych.
Węglik krzemu jest bardzo twardy. Twardość w skali Morse'a wynosi 9,5, co plasuje go na drugim miejscu po diamencie (10). Jest półprzewodnikiem o doskonałej przewodności cieplnej i jest odporny na utlenianie w wysokich temperaturach. Węglik krzemu ma co najmniej 70 form krystalicznych. Pluton-węglik krzemu to powszechny izomer, który tworzy się w temperaturach powyżej 2000°C i ma heksagonalną strukturę krystaliczną (podobną do wurcytu). Spiekany węglik krzemu pod ciśnieniem atmosferycznym.
Zastosowanie węglika krzemu w przemyśle półprzewodnikowym
Łańcuch przemysłowy półprzewodników z węglika krzemu obejmuje głównie wysokiej czystości proszek węglika krzemu, podłoża monokrystaliczne, arkusze epitaksjalne, elementy mocy, obudowy modułów i zastosowania terminali.
1. Podłoże monokrystaliczne. Podłoże monokrystaliczne to materiał podporowy półprzewodnika, materiał przewodzący i podłoże do wzrostu epitaksjalnego. Obecnie metody wzrostu monokryształów SiC obejmują metodę fizycznego transferu z fazy gazowej (PVT), metodę fazy ciekłej (LPE) oraz metodę wysokotemperaturowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (HTCVD). Spiekany węglik krzemu pod ciśnieniem atmosferycznym.
2. Warstwa epitaksjalna: Warstwa epitaksjalna z węglika krzemu, warstwa węglika krzemu, monokrystaliczna warstwa (warstwa epitaksjalna) o tym samym kierunku co kryształ podłoża, która spełnia określone wymagania dla podłoża z węglika krzemu. W zastosowaniach praktycznych, urządzenia półprzewodnikowe o szerokiej przerwie energetycznej są niemal wszystkie produkowane w warstwie epitaksjalnej, a sam układ scalony krzemowy jest wykorzystywany jedynie jako podłoże, w tym podłoże warstwy epitaksjalnej GaN.
3. Wysokiej czystości proszek węglika krzemu Wysokiej czystości proszek węglika krzemu jest surowcem do wzrostu monokryształu węglika krzemu metodą PVT, a czystość produktu bezpośrednio wpływa na jakość wzrostu i właściwości elektryczne monokryształu węglika krzemu.
4. Urządzenie zasilające to szerokopasmowy zasilacz wykonany z węglika krzemu, charakteryzujący się wysoką temperaturą, wysoką częstotliwością i wysoką sprawnością. Zgodnie z formą działania urządzenia, zasilacz SiC składa się głównie z diody mocy i lampy przełączającej.
5. Terminal. W zastosowaniach półprzewodnikowych trzeciej generacji, półprzewodniki z węglika krzemu mają tę zaletę, że stanowią uzupełnienie dla półprzewodników z azotku galu. Ze względu na wysoką wydajność konwersji, niskie nagrzewanie, lekkość i inne zalety układów SiC, zapotrzebowanie przemysłu downstream stale rośnie, a trend ten zmierza w kierunku zastąpienia układów SiO₂.
Czas publikacji: 16-06-2023