Поймите прошлую жизнь карбида кремния!

Карбид кремния (SiC) выплавляется при высокой температуре в печи сопротивления с использованием в качестве сырья кварцевого песка, нефтяного кокса (или каменноугольного кокса) и древесной щепы. Карбид кремния также существует в природе в виде редкого минерала муассанита. Карбид кремния еще называют муассанитом. Среди современного неоксидного высокотехнологичного огнеупорного сырья, такого как C, N и B, карбид кремния является наиболее широко используемым и экономичным. Его можно назвать наждачным песком или огнеупорным песком.

1. Прошлая и настоящая жизнь карбида кремния.
Благодаря своим стабильным химическим свойствам, высокой теплопроводности, небольшому коэффициенту теплового расширения и хорошей износостойкости карбид кремния имеет множество других применений, помимо использования в качестве абразива, например, для нанесения специального покрытия порошком карбида кремния на внутреннюю стенку. Рабочее колесо турбины или блок цилиндров позволяет улучшить его износостойкость и продлить срок службы в 1-2 раза; изготовленный из него современный огнеупорный материал устойчив к термическому удару, имеет небольшой размер, легкий вес, высокую прочность и обладает хорошим энергосберегающим эффектом. Низкокачественный карбид кремния (содержащий около 85% SiC) является отличным раскислителем. Это может ускорить производство стали, облегчить контроль химического состава и улучшить качество стали. Кроме того, карбид кремния также широко используется при производстве стержней из карбида кремния для электронагревательных элементов.
Карбид кремния очень тверд: твердость по шкале Мооса составляет 9,5, уступая только самому твердому алмазу в мире (уровень 10). Он обладает превосходной теплопроводностью, является полупроводником и устойчив к окислению при высоких температурах.

2. Преимущественные характеристики карбидокремниевых устройств.
Карбид кремния (SiC) в настоящее время является наиболее развитым широкозонным полупроводниковым материалом. Страны всего мира придают большое значение исследованиям SiC и вложили много человеческих и материальных ресурсов в активное развитие. Соединенные Штаты, Европа, Япония и т. д. не только Соответствующие планы исследований были сформулированы на национальном уровне, а некоторые международные гиганты электроники также вложили значительные средства в разработку полупроводниковых приборов из карбида кремния.
По сравнению с обычным кремнием компоненты, в которых используется карбид кремния, имеют следующие характеристики:

Высоковольтные характеристики:
Устройства из карбида кремния в 10 раз превышают сопротивление эквивалентным кремниевым устройствам.
Сопротивление напряжению трубок Шоттки из карбида кремния может достигать 2400 В.
Полевые трубки из карбида кремния выдерживают напряжение в десятки тысяч вольт, а их сопротивление во включенном состоянии не очень велико.

Высокочастотные характеристики:

Высокотемпературные характеристики:
Сегодня, когда материалы Si близки к теоретическому пределу производительности, силовые устройства SiC всегда считались «идеальными устройствами» и пользовались большим спросом из-за их высокого выдерживаемого напряжения, низких потерь, высокого КПД и других характеристик. Однако по сравнению с предыдущими устройствами из SiC баланс между производительностью и стоимостью силовых устройств SiC и их потребностью в высоких технологиях станет ключом к тому, смогут ли силовые устройства SiC действительно стать популярными.

В настоящее время маломощные устройства из карбида кремния вышли на стадию практического производства приборов из лаборатории. В настоящее время цена пластин карбида кремния все еще относительно высока, а также они имеют множество дефектов. Ожидается, что благодаря непрерывным исследованиям и разработкам устройства из карбида кремния будут доминировать на рынке силовых устройств примерно к 2010 году. Но это не так.

3. Какова текущая ситуация с развитием устройств из карбида кремния?
1. Технические параметры: Например, напряжение на диоде Шоттки увеличивается с 250 вольт до более чем 1,000 вольт, площадь чипа меньше, но ток составляет всего несколько десятков ампер. Рабочая температура увеличена до 180 градусов, что далеко от введения 600 градусов. Падение напряжения еще более неудовлетворительно, оно ничем не отличается от кремниевого материала, а высокое прямое падение напряжения должно достигать 2В.
2. Рыночная цена: примерно в 5-6 раз выше, чем при производстве кремниевых материалов.

4. В чем заключаются трудности при разработке карбида кремния (SiC) устройства?Проблема при разработке устройств из карбида кремния заключается не в принципиальной конструкции чипа, а особенно в конструкции структуры чипа. Решить ее не сложно. Сложность заключается в реализации процесса изготовления структуры чипа. Примеры: 1. Плотность дефектов микротрубок пластин карбида кремния. 2. Эффективность эпитаксиального процесса низкая. 3. К процессу допинга предъявляются особые требования.

4. Изготовление омического контакта. 5. Температурная стойкость несущих материалов.

Выше приведены лишь несколько примеров, а не все. До сих пор существует множество технологических проблем, которые не имеют идеальных решений, таких как процесс образования траншей на поверхности полупроводниковых карбида кремния, процесс пассивации терминалов и влияние состояния интерфейса оксидного слоя затвора на долговременную стабильность устройств MOSFET из карбида кремния. Достигла ли индустрия консенсуса? Последовательные выводы и т.п. сильно задержали быстрое развитие силовых устройств из карбида кремния.

5. Обзор развития основных областей применения карбида кремния.

В настоящее время третье поколение полупроводниковых материалов вызывает революцию в чистой энергетике и новом поколении электронных информационных технологий. Будь то освещение, бытовая техника, бытовая электроника, транспортные средства на новых источниках энергии, интеллектуальные сети или военные поставки, эти высокопроизводительные полупроводники пользуются большим спросом. Согласно разработке полупроводников третьего поколения, его основными областями применения являются полупроводниковое освещение, силовые электронные устройства, лазеры и детекторы, а также четыре другие области.
1. Полупроводниковое освещение.
Среди четырех областей применения индустрия полупроводникового освещения развивалась быстрее всего и сформировала масштаб отрасли в десятки миллиардов долларов.
2. Силовые электронные устройства
В области силовой электроники применение широкозонных полупроводников только началось, а размер рынка составляет всего несколько сотен миллионов долларов США. Его применение в основном сосредоточено в сфере военной новейшей техники и постепенно распространяется на гражданскую сферу.
3. Лазеры и детекторы
В области применения лазеров и детекторов лазеры на основе GaN могут охватывать широкий диапазон спектра и реализовывать производство синих, зеленых и ультрафиолетовых лазеров, а также ультрафиолетовое обнаружение.
4. Другие приложения
В области передовых исследований полупроводники с широкой запрещенной зоной могут использоваться в солнечных элементах, биосенсорах, средах для производства водорода на водной основе и других новых приложениях. В настоящее время эти горячие области все еще находятся на стадии лабораторных исследований и разработок.