Urządzenia półprzewodnikowe stanowią rdzeń nowoczesnego sprzętu przemysłowego, są szeroko stosowane w komputerach, elektronice użytkowej, komunikacji sieciowej, elektronice samochodowej i innych dziedzinach. Przemysł półprzewodnikowy składa się głównie z czterech podstawowych komponentów: układów scalonych, urządzeń optoelektronicznych, urządzeń dyskretnych i czujników, które stanowią ponad 80% układów scalonych, dlatego często są one odpowiednikami półprzewodników i układów scalonych.
Układy scalone, w zależności od kategorii produktu, dzielą się głównie na cztery kategorie: mikroprocesory, pamięci, układy logiczne oraz elementy symulatorów. Jednak wraz z ciągłym rozwojem zastosowań układów półprzewodnikowych, w wielu szczególnych przypadkach półprzewodniki muszą być odporne na wysokie temperatury, silne promieniowanie, wysoką moc i inne czynniki środowiskowe, aby nie uległy uszkodzeniu. Pierwsza i druga generacja materiałów półprzewodnikowych jest bezsilna, co doprowadziło do powstania trzeciej generacji materiałów półprzewodnikowych.
Obecnie materiały półprzewodnikowe o szerokiej przerwie energetycznej reprezentowane przezwęglik krzemu(SiC), azotek galu (GaN), tlenek cynku (ZnO), diament, azotek glinu (AlN) zajmują dominujący rynek z większymi zaletami, zbiorczo określane jako materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji. Materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji charakteryzują się szerszą przerwą energetyczną, wyższym polem elektrycznym przebicia, przewodnością cieplną, stopniem nasycenia elektronów i wyższą odpornością na promieniowanie, co czyni je bardziej odpowiednimi do wytwarzania urządzeń wysokotemperaturowych, wysokoczęstotliwościowych, odpornych na promieniowanie i dużej mocy, zwykle znanych jako materiały półprzewodnikowe o szerokiej przerwie energetycznej (zabronione pasmo jest większe niż 2,2 eV), nazywane również materiałami półprzewodnikowymi wysokotemperaturowymi. Z obecnych badań nad materiałami i urządzeniami półprzewodnikowymi trzeciej generacji wynika, że węglik krzemu i azotek galu są bardziej dojrzałe itechnologia węglika krzemujest najbardziej dojrzała, natomiast badania nad tlenkiem cynku, diamentem, azotkiem glinu i innymi materiałami są wciąż w początkowej fazie.
Materiały i ich właściwości:
Węglik krzemuMateriał ten jest powszechnie stosowany w ceramicznych łożyskach kulkowych, zaworach, materiałach półprzewodnikowych, żyroskopach, przyrządach pomiarowych, przemyśle lotniczym i innych dziedzinach. Stał się niezastąpionym materiałem w wielu gałęziach przemysłu.
SiC to rodzaj naturalnej supersieci i typowy jednorodny polityp. Istnieje ponad 200 (obecnie znanych) homotypowych rodzin politypów ze względu na różnicę w kolejności upakowania dwuatomowych warstw Si i C, co prowadzi do różnych struktur krystalicznych. Dlatego SiC doskonale nadaje się do nowej generacji materiałów podłożowych diod elektroluminescencyjnych (LED) oraz materiałów elektronicznych dużej mocy.
| charakterystyczny | |
| własność fizyczna | Wysoka twardość (3000 kg/mm), możliwość cięcia rubinu |
| Wysoka odporność na zużycie, ustępująca jedynie diamentowi | |
| Przewodność cieplna jest 3 razy wyższa niż w przypadku Si i 8–10 razy wyższa niż w przypadku GaAs. | |
| SiC charakteryzuje się wysoką stabilnością termiczną i nie ulega stopieniu pod ciśnieniem atmosferycznym | |
| Dobra wydajność odprowadzania ciepła jest bardzo ważna w przypadku urządzeń o dużej mocy | |
|
właściwość chemiczna | Bardzo wysoka odporność na korozję, odporna na prawie wszystkie znane czynniki korozyjne w temperaturze pokojowej |
| Powierzchnia SiC łatwo utlenia się, tworząc cienką warstwę SiO, co zapobiega dalszemu utlenianiu. Powyżej 1700°C warstwa tlenku ulega szybkiemu stopieniu i utlenieniu | |
| Przerwa energetyczna 4H-SIC i 6H-SIC jest około 3 razy większa niż w przypadku Si i 2 razy większa niż w przypadku GaAs: Intensywność pola elektrycznego przebicia jest o rząd wielkości wyższa niż w przypadku Si, a prędkość dryfu elektronów jest nasycona Dwa i pół raza więcej niż Si. Przerwa pasmowa 4H-SIC jest szersza niż 6H-SIC |
Czas publikacji: 01-08-2022