Silikon karbidning o'tmishdagi hayotini tushuning!
Jan 16, 2024
Silikon karbid (SiC) yuqori haroratda qarshilik pechida xom ashyo sifatida kvarts qumi, neft koksi (yoki ko'mir koks) va yog'och chiplari yordamida eritiladi. Silikon karbid tabiatda noyob mineral mozanit sifatida ham mavjud. Silikon karbid, shuningdek, mozanit deb ataladi. C, N va B kabi zamonaviy oksid bo'lmagan yuqori texnologiyali o'tga chidamli xom ashyolar orasida silikon karbid eng keng tarqalgan va tejamkor hisoblanadi. Uni zımpara qumi yoki refrakter qum deb atash mumkin.
1. Kremniy karbidning o'tmish va hozirgi hayoti
Barqaror kimyoviy xossalari, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, kichik issiqlik kengayish koeffitsienti va yaxshi aşınma qarshiligi tufayli kremniy karbid abraziv sifatida ishlatilishidan tashqari, kremniy karbid kukunini maxsus jarayon bilan qoplash kabi ko'plab boshqa maqsadlarga ega. turbina pervanesi yoki silindr bloki, uning aşınma qarshiligini oshirishi va xizmat muddatini 1 dan 2 barobarga oshirishi mumkin; undan tayyorlangan ilg'or refrakter material termal zarbaga chidamli, kichik o'lchamli, engil vaznli, yuqori quvvatga ega va yaxshi energiya tejash effektiga ega. Past darajadagi kremniy karbid (taxminan 85% SiC o'z ichiga oladi) ajoyib deoksidlovchi hisoblanadi. Bu po'lat ishlab chiqarishni tezlashtirishi, kimyoviy tarkibni nazorat qilishni osonlashtirishi va po'lat sifatini yaxshilashi mumkin. Bundan tashqari, silikon karbid elektr isitish elementlari uchun silikon karbid novdalarini ishlab chiqarishda ham keng qo'llaniladi.
Silikon karbid juda qattiq, Mohs qattiqligi 9,5 ni tashkil qiladi, bu dunyodagi eng qattiq olmosdan keyin ikkinchi o'rinda turadi (10-daraja). U mukammal issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, yarim o'tkazgichdir va yuqori haroratlarda oksidlanishga qarshi tura oladi.
Silikon karbid tarixi jadvali
| 1905 | Birinchi marta meteoritda kremniy karbid topildi |
| 1907 | Birinchi kremniy karbid kristalli yorug'lik chiqaradigan diod tug'ildi |
| 1955 | Nazariya va texnologiyada katta yutuq bo'lgan LELY o'sib borayotgan yuqori sifatli karbonizatsiya kontseptsiyasini taklif qildi va shundan beri SiC muhim elektron material sifatida qabul qilindi. |
| 1958 | Ilk Butunjahon kremniy karbid konferentsiyasi akademik almashinuvlar uchun Bostonda bo'lib o'tdi |
| 1978 | 1960-1970 yillarda silikon karbid asosan sobiq Sovet Ittifoqi tomonidan o'rganilgan. 1978 yilga kelib, "LELY takomillashtirilgan texnologiya" ning donni tozalash va o'stirish usuli birinchi marta qabul qilindi. |
| 1987-hozir | CREE tadqiqot natijalari asosida kremniy karbid ishlab chiqarish liniyasi tashkil etildi va etkazib beruvchilar tijoratlashtirilgan kremniy karbid asoslarini taqdim qila boshladilar. |
2. Kremniy karbidli qurilmalarning afzalliklari
Silikon karbid (SiC) hozirda eng etuk keng diapazonli yarimo'tkazgich materialidir. Butun dunyo mamlakatlari SiC tadqiqotiga katta ahamiyat beradi va faol rivojlanish uchun ko'plab ishchi kuchi va moddiy resurslarni sarfladi. Amerika Qo'shma Shtatlari, Evropa, Yaponiya va boshqalar nafaqat milliy darajada tegishli tadqiqot rejalari ishlab chiqilgan va ba'zi xalqaro elektronika gigantlari ham kremniy karbidli yarim o'tkazgich qurilmalarini ishlab chiqishga katta sarmoya kiritgan.
Oddiy kremniy bilan solishtirganda, silikon karbiddan foydalanadigan komponentlar quyidagi xususiyatlarga ega:
Yuqori kuchlanish xususiyatlari:
Silikon karbid qurilmalari ekvivalent kremniy qurilmalarning kuchlanish qarshiligidan 10 baravar yuqori.
Silikon karbid Schottky quvurlarining kuchlanish qarshiligi 2400V ga yetishi mumkin.
Silikon karbidli maydon effektli quvurlar o'n minglab voltsli kuchlanishlarga bardosh bera oladi va ularning holatiga qarshilik juda katta emas.
Yuqori chastotali xususiyatlar:
Yuqori harorat xususiyatlari:
Bugungi kunda, Si materiallari nazariy ishlash chegarasiga yaqin bo'lsa, SiC quvvat qurilmalari har doim "ideal qurilmalar" deb hisoblangan va ularning yuqori chidamliligi, past yo'qotish, yuqori samaradorlik va boshqa xususiyatlar tufayli juda kutilgan. Biroq, avvalgi Si material qurilmalari bilan taqqoslaganda, SiC quvvat qurilmalarining ishlashi va narxi va ularning yuqori texnologiyalarga bo'lgan talabi o'rtasidagi muvozanat SiC quvvat qurilmalari haqiqatan ham mashhur bo'lishi mumkinmi yoki yo'qmi, kalit bo'ladi.
Hozirgi vaqtda kam quvvatli kremniy karbid qurilmalari laboratoriyadan amaliy qurilma ishlab chiqarish bosqichiga kirdi. Hozirgi vaqtda kremniy karbid gofretlari narxi hali ham nisbatan yuqori bo'lib, ularda ham ko'plab nuqsonlar mavjud. Uzluksiz izlanishlar va ishlanmalar natijasida kremniy karbid qurilmalari 2010 yilga kelib quvvat qurilmalari bozorida ustunlik qilishi kutilmoqda. Lekin bu unday emas.
3. Silikon karbid qurilmalarining hozirgi rivojlanish holati qanday?
1. Texnik parametrlar: Masalan, Schottky diyotining kuchlanishi 250 voltdan 1,{3}} voltgacha oshadi, chip maydoni kichikroq, lekin oqim faqat bir necha o'n amperni tashkil qiladi. Ishlash harorati 180 darajaga ko'tariladi, bu esa 600 darajani kiritishdan uzoqdir. Kuchlanishning pasayishi yanada qoniqarli emas, u kremniy materialdan farq qilmaydi va yuqori oldinga kuchlanish tushishi 2V ga yetishi kerak.
2. Bozor narxi: kremniy materiallari ishlab chiqarishdan taxminan 5-6 marta.
4. Kremniy karbidini ishlab chiqishda qanday qiyinchiliklar mavjud (SiC ) qurilmalari?Silikon karbid qurilmalarini ishlab chiqishda muammo chipning asosiy dizayni emas, ayniqsa chip strukturasi dizayni. Uni hal qilish qiyin emas. Qiyinchilik chip tuzilishini ishlab chiqarish jarayonini amalga oshirishda yotadi. Misollar quyidagilardir: 1. Kremniy karbid plastinalarining mikroquvur nuqsonlari zichligi. 2. Epitaksial jarayonning samaradorligi past. 3. Doping jarayoni maxsus talablarga ega.
4. Ohmik kontaktni ishlab chiqarish. 5. Qo'llab-quvvatlovchi materiallarning haroratga chidamliligi.
Yuqoridagilar hammasi emas, bir nechta misollar. Silikon karbidli yarimo'tkazgich sirtini qazish jarayoni, terminal passivatsiya jarayoni va eshik oksidi qatlamining interfeys holatining silikon karbid MOSFET qurilmalarining uzoq muddatli barqarorligiga ta'siri kabi ideal echimlarga ega bo'lmagan ko'plab texnologik muammolar hali ham mavjud. Sanoat hali ham konsensusga erishdimi? Izchil xulosalar va boshqalar kremniy karbidli quvvat qurilmalarining jadal rivojlanishiga katta to'sqinlik qildi.
5. Kremniy karbidining asosiy qo'llanilishi sohalarining rivojlanishi
Hozirgi vaqtda yarimo'tkazgich materiallarining uchinchi avlodi toza energiya va yangi avlod elektron axborot texnologiyalari sohasida inqilobni keltirib chiqarmoqda. Yoritish, maishiy texnika, maishiy elektronika uskunalari, yangi energiya vositalari, aqlli tarmoqlar yoki harbiy materiallar bo'ladimi, bu yuqori samarali yarimo'tkazgichlar Materiallar katta talabga ega. Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining rivojlanishiga ko'ra, uning asosiy qo'llanilishi yarimo'tkazgichli yoritish, quvvat elektron qurilmalari, lazerlar va detektorlar va boshqa to'rtta sohadir.
1. Yarimo'tkazgichli yoritish
To'rtta dastur sohasi orasida yarimo'tkazgichli yoritish sanoati eng tez rivojlandi va o'nlab milliard dollarlik sanoat miqyosini shakllantirdi.
2. Quvvat elektron qurilmalari
Quvvat elektronikasi sohasida keng tarmoqli yarimo'tkazgichlarni qo'llash endigina boshlandi va bozor hajmi bir necha yuz million AQSh dollarini tashkil etadi. Uning qo'llanilishi asosan harbiy ilg'or texnika sohasida jamlangan va asta-sekin fuqarolik sohasiga kengaymoqda.
3. Lazerlar va detektorlar
Lazer va detektorlarni qo'llash sohasida GaN-ga asoslangan lazerlar keng spektrni qamrab olishi va ko'k, yashil va ultrabinafsha lazerlarni ishlab chiqarishni va ultrabinafsha nurlanishni aniqlashni amalga oshirishi mumkin.
4. Boshqa ilovalar
Ilg'or tadqiqotlar sohasida keng tarmoqli yarimo'tkazgichlar quyosh xujayralari, biosensorlar, suvga asoslangan vodorod ishlab chiqarish vositalari va boshqa rivojlanayotgan ilovalarda qo'llanilishi mumkin. Hozirda bu issiq hududlar hali ham laboratoriya tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida.
Hozirgi vaqtda yarimo'tkazgich materiallarining uchinchi avlodi toza energiya va yangi avlod elektron axborot texnologiyalari sohasida inqilobni keltirib chiqarmoqda. Yoritish, maishiy texnika, maishiy elektronika uskunalari, yangi energiya vositalari, aqlli tarmoqlar yoki harbiy materiallar bo'ladimi, bu yuqori samarali yarimo'tkazgichlar Materiallar katta talabga ega. Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining rivojlanishiga ko'ra, uning asosiy qo'llanilishi yarimo'tkazgichli yoritish, quvvat elektron qurilmalari, lazerlar va detektorlar va boshqa to'rtta sohadir.
1. Yarimo'tkazgichli yoritish
To'rtta dastur sohasi orasida yarimo'tkazgichli yoritish sanoati eng tez rivojlandi va o'nlab milliard dollarlik sanoat miqyosini shakllantirdi.
2. Quvvat elektron qurilmalari
Quvvat elektronikasi sohasida keng tarmoqli yarimo'tkazgichlarni qo'llash endigina boshlandi va bozor hajmi bir necha yuz million AQSh dollarini tashkil etadi. Uning qo'llanilishi asosan harbiy ilg'or texnika sohasida jamlangan va asta-sekin fuqarolik sohasiga kengaymoqda.
3. Lazerlar va detektorlar
Lazer va detektorlarni qo'llash sohasida GaN-ga asoslangan lazerlar keng spektrni qamrab olishi va ko'k, yashil va ultrabinafsha lazerlarni ishlab chiqarishni va ultrabinafsha nurlanishni aniqlashni amalga oshirishi mumkin.
4. Boshqa ilovalar
Ilg'or tadqiqotlar sohasida keng tarmoqli yarimo'tkazgichlar quyosh xujayralari, biosensorlar, suvga asoslangan vodorod ishlab chiqarish vositalari va boshqa rivojlanayotgan ilovalarda qo'llanilishi mumkin. Hozirda bu issiq hududlar hali ham laboratoriya tadqiqot va ishlab chiqish bosqichida.
Oldingi: Alyuminiy oksidi mikrogritlari
