Os modernos materiais refratários de alta tecnologia, como C, N, B e outros não óxidos, e o carbeto de silício sinterizado à pressão atmosférica são amplamente utilizados, são econômicos e podem ser considerados como esmeril ou areia refratária. O carbeto de silício puro é um cristal transparente e incolor. Então, qual é a estrutura e as características do carbeto de silício?
Carbeto de silício sinterizado sob pressão atmosférica
Estrutura do material do carbeto de silício sinterizado à pressão atmosférica:
O carbeto de silício sinterizado à pressão atmosférica, utilizado na indústria, apresenta coloração amarelo-clara, verde, azul e preta, dependendo do tipo e teor de impurezas, variando também em pureza e transparência. A estrutura cristalina do carbeto de silício divide-se em plutônio-SiC (com formato de seis pontas ou diamante) e plutônio-SiC cúbico. O plutônio-SiC apresenta diversas deformações devido à diferente ordem de empilhamento dos átomos de carbono e silício na estrutura cristalina, sendo que mais de 70 tipos de deformações já foram identificados. O β-SiC transforma-se em α-SiC acima de 2100 °C. O processo industrial de refino do carbeto de silício utiliza areia de quartzo de alta qualidade e coque de petróleo em um forno de resistência. Os blocos de carbeto de silício refinado são triturados, limpos com ácido-base, separados magneticamente, peneirados ou selecionados por imersão em água para produzir produtos com diferentes granulometrias.
Características do material do carbeto de silício sinterizado à pressão atmosférica:
O carboneto de silício possui boa estabilidade química, condutividade térmica, coeficiente de expansão térmica e resistência ao desgaste, portanto, além do uso abrasivo, tem muitas outras aplicações: por exemplo, o pó de carboneto de silício é aplicado na parede interna do rotor da turbina ou no bloco do cilindro por meio de um processo especial, o que pode melhorar a resistência ao desgaste e prolongar a vida útil de 1 a 2 vezes. Fabricado com materiais refratários de alta qualidade, resistentes ao calor, de tamanho reduzido, leves e com alta resistência, apresenta excelente eficiência energética. O carboneto de silício de baixa qualidade (com cerca de 85% de SiC) é um excelente desoxidante para aumentar a velocidade de produção de aço e permite o controle fácil da composição química, melhorando a qualidade do aço. Além disso, o carboneto de silício sinterizado à pressão atmosférica também é amplamente utilizado na fabricação de componentes elétricos em forma de hastes de carbono-silício.
O carbeto de silício é muito duro. Sua dureza Morse é 9,5, perdendo apenas para o diamante (10), o material mais duro do mundo. É um semicondutor com excelente condutividade térmica e resiste à oxidação em altas temperaturas. O carbeto de silício possui pelo menos 70 tipos cristalinos. O carbeto de plutônio-silício é um isômero comum que se forma em temperaturas acima de 2000 °C e possui uma estrutura cristalina hexagonal (similar à wurtzita). O carbeto de silício é sinterizado sob pressão atmosférica.
Aplicação do carboneto de silício na indústria de semicondutores
A cadeia produtiva da indústria de semicondutores de carbeto de silício inclui principalmente pó de carbeto de silício de alta pureza, substrato monocristalino, folha epitaxial, componentes de potência, encapsulamento de módulos e aplicações terminais.
1. Substrato monocristalino O substrato monocristalino é um material de suporte semicondutor, material condutor e substrato para crescimento epitaxial. Atualmente, os métodos de crescimento de monocristais de SiC incluem o método de transferência física de vapor (método PVT), o método de fase líquida (método LPE) e o método de deposição química de vapor em alta temperatura (método HTCVD). Carbeto de silício sinterizado sob pressão atmosférica
2. Folha epitaxial: A folha epitaxial de carbeto de silício, também conhecida como folha de carbeto de silício, é um filme monocristalino (camada epitaxial) com a mesma direção do cristal do substrato, que possui certos requisitos para o substrato de carbeto de silício. Em aplicações práticas, dispositivos semicondutores de banda larga são quase todos fabricados em camadas epitaxiais, e o próprio chip de silício é usado apenas como substrato, incluindo o substrato da camada epitaxial de GaN.
3. Pó de carbeto de silício de alta pureza: O pó de carbeto de silício de alta pureza é a matéria-prima para o crescimento de monocristais de carbeto de silício pelo método PVT, e a pureza do produto afeta diretamente a qualidade do crescimento e as características elétricas do monocristal de carbeto de silício.
4. O dispositivo de potência é uma fonte de alimentação de banda larga feita de carbeto de silício, que possui características de alta temperatura, alta frequência e alta eficiência. De acordo com o modo de operação do dispositivo, a fonte de alimentação de SiC inclui principalmente um diodo de potência e um transistor de comutação de potência.
5. Em aplicações de semicondutores de terceira geração, os semicondutores de carbeto de silício têm a vantagem de serem complementares aos semicondutores de nitreto de gálio. Devido à alta eficiência de conversão, baixa geração de calor, leveza e outras vantagens dos dispositivos de SiC, a demanda da indústria a jusante continua a aumentar, havendo uma tendência de substituição dos dispositivos de SiO2.
Data da publicação: 16/06/2023