Là nguyên liệu thô chịu lửa công nghệ cao phi oxit hiện đại như C, N, B và các nguyên tố khác, silic cacbua thiêu kết ở áp suất khí quyển có nguồn cung dồi dào, kinh tế, có thể nói là tương đương với đá mài hoặc cát chịu lửa. Silic cacbua nguyên chất là tinh thể trong suốt không màu. Vậy cấu trúc và đặc tính vật liệu của silic cacbua là gì?
Cacbua silic thiêu kết dưới áp suất khí quyển
Cấu trúc vật liệu của cacbua silic thiêu kết ở áp suất khí quyển:
Silicon carbide thiêu kết ở áp suất khí quyển được sử dụng trong công nghiệp có màu vàng nhạt, xanh lá cây, xanh dương và đen tùy thuộc vào loại và hàm lượng tạp chất, độ tinh khiết và độ trong suốt khác nhau. Cấu trúc tinh thể của silicon carbide được chia thành dạng lục giác hoặc hình kim cương và dạng lập phương. Silicon carbide tạo ra nhiều biến dạng khác nhau do thứ tự xếp chồng khác nhau của các nguyên tử cacbon và silic trong cấu trúc tinh thể, và hơn 70 loại biến dạng đã được tìm thấy. Beta-SiC chuyển hóa thành alpha-SiC ở nhiệt độ trên 2100°C. Quá trình công nghiệp sản xuất silicon carbide được tinh chế bằng cát thạch anh chất lượng cao và than cốc dầu mỏ trong lò điện trở. Các khối silicon carbide đã tinh chế được nghiền nhỏ, làm sạch bằng axit-bazơ, tách từ, sàng lọc hoặc tuyển chọn bằng nước để tạo ra nhiều sản phẩm có kích thước hạt khác nhau.
Đặc tính vật liệu của cacbua silic thiêu kết ở áp suất khí quyển:
Silicon carbide có độ ổn định hóa học tốt, dẫn nhiệt tốt, hệ số giãn nở nhiệt tốt, khả năng chống mài mòn tốt, vì vậy ngoài việc sử dụng làm chất mài mòn, nó còn có nhiều ứng dụng khác: Ví dụ, bột silicon carbide được phủ lên thành trong của cánh quạt tuabin hoặc khối xi lanh bằng một quy trình đặc biệt, có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ từ 1 đến 2 lần. Được làm từ vật liệu chịu nhiệt cao cấp, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, độ bền cao, hiệu suất năng lượng rất tốt. Silicon carbide cấp thấp (bao gồm khoảng 85% SiC) là chất khử oxy tuyệt vời giúp tăng tốc độ luyện thép và dễ dàng kiểm soát thành phần hóa học để cải thiện chất lượng thép. Ngoài ra, silicon carbide thiêu kết ở áp suất khí quyển cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận điện của thanh silicon carbon.
Silicon carbide rất cứng. Độ cứng Morse là 9,5, chỉ đứng sau kim cương cứng nhất thế giới (10), là chất bán dẫn có độ dẫn nhiệt tuyệt vời, có thể chống oxy hóa ở nhiệt độ cao. Silicon carbide có ít nhất 70 loại tinh thể. Plutonium-silicon carbide là một đồng phân phổ biến hình thành ở nhiệt độ trên 2000 và có cấu trúc tinh thể lục giác (tương tự như wurtzite). Silicon carbide thiêu kết dưới áp suất khí quyển
Ứng dụng silicon carbide trong ngành công nghiệp bán dẫn
Chuỗi công nghiệp bán dẫn silicon carbide chủ yếu bao gồm bột silicon carbide độ tinh khiết cao, chất nền đơn tinh thể, tấm màng mỏng epitaxy, linh kiện điện tử, bao bì mô-đun và các ứng dụng đầu cuối.
1. Chất nền đơn tinh thể Chất nền đơn tinh thể là vật liệu hỗ trợ bán dẫn, vật liệu dẫn điện và chất nền tăng trưởng epitaxy. Hiện nay, các phương pháp nuôi cấy đơn tinh thể SiC bao gồm phương pháp chuyển hơi vật lý (phương pháp PVT), phương pháp pha lỏng (phương pháp LPE) và phương pháp lắng đọng hơi hóa học ở nhiệt độ cao (phương pháp HTCVD). Silic cacbua thiêu kết dưới áp suất khí quyển
2. Tấm màng mỏng cacbua silic (SiC) là tấm màng mỏng cacbua silic, màng đơn tinh thể (lớp màng mỏng) có cùng hướng với tinh thể nền, đáp ứng một số yêu cầu nhất định đối với chất nền cacbua silic. Trong các ứng dụng thực tế, hầu hết các thiết bị bán dẫn có dải năng lượng rộng đều được sản xuất trên lớp màng mỏng, và bản thân chip silicon chỉ được sử dụng làm chất nền, bao gồm cả chất nền của lớp màng mỏng GaN.
3. Bột silicon carbide tinh khiết cao Bột silicon carbide tinh khiết cao là nguyên liệu thô để nuôi cấy tinh thể đơn silicon carbide bằng phương pháp PVT, và độ tinh khiết của sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nuôi cấy và đặc tính điện của tinh thể đơn silicon carbide.
4. Thiết bị nguồn là thiết bị nguồn băng rộng làm bằng vật liệu silicon carbide, có đặc điểm chịu nhiệt cao, tần số cao và hiệu suất cao. Theo hình thức hoạt động của thiết bị, thiết bị nguồn SiC chủ yếu bao gồm một điốt công suất và một ống chuyển mạch công suất.
5. Trong các ứng dụng bán dẫn thế hệ thứ ba, bán dẫn silicon carbide có ưu điểm là bổ sung cho bán dẫn gallium nitride. Do hiệu suất chuyển đổi cao, đặc tính tỏa nhiệt thấp, trọng lượng nhẹ và các ưu điểm khác của thiết bị SiC, nhu cầu của ngành công nghiệp hạ nguồn tiếp tục tăng và có xu hướng thay thế các thiết bị SiO2.
Thời gian đăng bài: 16/06/2023