Pahami kehidupan masa lalu silikon karbida!

Silikon karbida (SiC) dilebur pada suhu tinggi dalam tungku tahan menggunakan pasir kuarsa, kokas minyak bumi (atau kokas batubara), dan serpihan kayu sebagai bahan bakunya. Silikon karbida juga ada di alam sebagai mineral langka, moissanite. Silikon karbida juga disebut moissanite. Di antara bahan baku tahan api non-oksida berteknologi tinggi kontemporer seperti C, N, dan B, silikon karbida adalah yang paling banyak digunakan dan ekonomis. Ini bisa disebut pasir ampelas atau pasir tahan api.

1. Kehidupan silikon karbida dulu dan sekarang
Karena sifat kimianya yang stabil, konduktivitas termal yang tinggi, koefisien muai panas yang kecil, dan ketahanan aus yang baik, silikon karbida memiliki banyak kegunaan lain selain digunakan sebagai bahan abrasif, seperti melapisi bubuk silikon karbida dengan proses khusus pada dinding bagian dalam. impeler turbin atau blok silinder, dapat meningkatkan ketahanan aus dan memperpanjang umur layanannya sebanyak 1 hingga 2 kali lipat; bahan tahan api canggih yang terbuat dari itu tahan guncangan termal, berukuran kecil, ringan, berkekuatan tinggi, dan memiliki efek penghematan energi yang baik. Silikon karbida tingkat rendah (mengandung sekitar 85% SiC) adalah deoksidasi yang sangat baik. Dapat mempercepat pembuatan baja, memudahkan pengendalian komposisi kimia, dan meningkatkan kualitas baja. Selain itu, silikon karbida juga banyak digunakan dalam produksi batang silikon karbida untuk elemen pemanas listrik.
Silikon karbida sangat keras, dengan kekerasan Mohs 9,5, kedua setelah berlian terkeras di dunia (level 10). Ia memiliki konduktivitas termal yang sangat baik, merupakan semikonduktor, dan dapat menahan oksidasi pada suhu tinggi.

2. Karakteristik yang menguntungkan dari perangkat silikon karbida
Silikon karbida (SiC) saat ini merupakan bahan semikonduktor celah pita lebar yang paling matang. Negara-negara di seluruh dunia sangat mementingkan penelitian SiC dan telah menginvestasikan banyak tenaga kerja dan sumber daya material dalam pengembangan aktif. Amerika Serikat, Eropa, Jepang, dll. tidak hanya rencana penelitian yang sesuai telah dirumuskan di tingkat nasional, dan beberapa raksasa elektronik internasional juga telah banyak berinvestasi dalam pengembangan perangkat semikonduktor silikon karbida.
Dibandingkan dengan silikon biasa, komponen yang menggunakan silikon karbida memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Karakteristik tegangan tinggi:
Perangkat silikon karbida memiliki ketahanan tegangan 10 kali lipat dari perangkat silikon setara.
Resistansi tegangan tabung Schottky silikon karbida bisa mencapai 2400V.
Tabung efek medan silikon karbida dapat menahan tegangan puluhan ribu volt, dan resistansi dalam keadaannya tidak terlalu besar.

Karakteristik frekuensi tinggi:

Karakteristik suhu tinggi:
Saat ini, ketika material Si mendekati batas kinerja teoritis, perangkat daya SiC selalu dianggap sebagai "perangkat ideal" dan sangat dinantikan karena tegangan tahannya yang tinggi, kehilangan yang rendah, efisiensi yang tinggi, dan karakteristik lainnya. Namun, dibandingkan dengan perangkat material Si sebelumnya, keseimbangan antara kinerja dan biaya perangkat daya SiC serta permintaannya akan teknologi tinggi akan menjadi kunci apakah perangkat daya SiC benar-benar dapat menjadi populer.

Saat ini perangkat silikon karbida berdaya rendah telah memasuki tahap produksi perangkat praktis dari laboratorium. Saat ini harga wafer silikon karbida masih tergolong tinggi dan banyak juga cacat. Melalui penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan, perangkat silikon karbida diperkirakan akan mendominasi pasar perangkat listrik pada sekitar tahun 2010. Namun kenyataannya tidak demikian.

3. Bagaimana situasi perkembangan perangkat silikon karbida saat ini?
1. Parameter teknis: Misalnya, tegangan dioda Schottky meningkat dari 250 volt menjadi lebih dari 1,000 volt, area chip lebih kecil, tetapi arusnya hanya beberapa puluh amp. Suhu pengoperasian ditingkatkan hingga 180 derajat, jauh dari pengenalan 600 derajat. Penurunan tegangannya bahkan lebih tidak memuaskan, tidak ada bedanya dengan bahan silikon, dan penurunan tegangan maju yang tinggi harus mencapai 2V.
2. Harga pasar: sekitar 5 hingga 6 kali lipat dari harga pembuatan bahan silikon.

4. Apa kesulitan dalam pengembangan silikon karbida (perangkat SiC )?Permasalahan dalam pengembangan perangkat silikon karbida bukanlah pada prinsip desain chip, terutama desain struktur chip. Tidak sulit untuk mengatasinya. Kesulitannya terletak pada realisasi proses pembuatan struktur chip. Contohnya adalah sebagai berikut: 1. Cacat kepadatan mikropipa wafer silikon karbida. 2. Efisiensi proses epitaksi rendah. 3. Proses doping mempunyai persyaratan khusus.

4. Produksi kontak ohmik. 5. Ketahanan suhu bahan pendukung.

Hal-hal di atas hanyalah beberapa contoh saja, tidak semuanya. Masih banyak masalah proses yang belum memiliki solusi ideal, seperti proses penggalian permukaan semikonduktor silikon karbida, proses pasivasi terminal, dan dampak keadaan antarmuka lapisan oksida gerbang terhadap stabilitas jangka panjang perangkat MOSFET silikon karbida. Apakah industri ini sudah mencapai konsensus? Kesimpulan yang konsisten, dll., telah sangat menghambat perkembangan pesat perangkat listrik silikon karbida.

5. Tinjauan pengembangan bidang aplikasi utama silikon karbida

Saat ini, bahan semikonduktor generasi ketiga menyebabkan revolusi energi bersih dan teknologi informasi elektronik generasi baru. Baik itu penerangan, peralatan rumah tangga, peralatan elektronik konsumen, kendaraan energi baru, jaringan pintar, atau perlengkapan militer, semikonduktor berkinerja tinggi ini merupakan Material yang sangat diminati. Menurut perkembangan semikonduktor generasi ketiga, aplikasi utamanya adalah penerangan semikonduktor, perangkat elektronik daya, laser dan detektor, dan empat bidang lainnya.
1. Pencahayaan semikonduktor
Di antara empat bidang aplikasi, industri penerangan semikonduktor telah berkembang paling cepat dan telah membentuk skala industri senilai puluhan miliar dolar.
2. Perangkat elektronik daya
Di bidang elektronika daya, penerapan semikonduktor celah pita lebar baru saja dimulai, dan ukuran pasarnya hanya beberapa ratus juta dolar AS. Penerapannya terutama terkonsentrasi di bidang peralatan militer mutakhir dan secara bertahap meluas ke bidang sipil.
3. Laser dan detektor
Di bidang aplikasi laser dan detektor, laser berbasis GaN dapat mencakup rentang spektrum yang luas dan mewujudkan pembuatan laser biru, hijau, dan ultraviolet serta deteksi ultraviolet.
4. Aplikasi lainnya
Dalam bidang penelitian mutakhir, semikonduktor celah pita lebar dapat digunakan dalam sel surya, biosensor, media produksi hidrogen berbasis air, dan aplikasi baru lainnya. Saat ini kawasan panas tersebut masih dalam tahap penelitian dan pengembangan laboratorium.