1. Въведение в силициевия карбид

Силициевият карбид, синтетично съединение от силиций и въглерод, се превърна в революционен материал в модерното производство. Синтезиран за първи път през 1891 г. от Едуард Ачесън, силициевият карбид съчетава изключителни термични, електрически и механични свойства, което го прави незаменим в приложения с висока производителност, вариращи от силовата електроника до космическата техника.

2. Основни свойства на силициевия карбид

2.1 Структурни и физически характеристики

‌Кристална структура‌: Съществува в над 250 политипа (напр. 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), като 4H-SiC доминира в полупроводниковите приложения.

‌Твърдост‌: оценка по скалата на Моос от 9,5, на второ място след диаманта.

‌Топлопроводимост‌: 120-200 W/m·K, превъзхождаща медта при разсейване на топлината.

‌Точка на топене‌: ~2700°C, подходяща за екстремни среди.

2.2 Електрически свойства

‌Wide Bandgap‌: 3,26 eV (4H-SiC) срещу 1,12 eV за силиций, което позволява работа при високо напрежение и висока температура.

‌Поле на разрушаване‌: 10 пъти по-високо от силиций, намалявайки загубите на енергия.

2.3 Химична стабилност

Устойчив на окисление, киселини и основи до 1600°C.

3. Приложения на силициев карбид в различни индустрии

Случаи на употреба в индустрията:

Полупроводници‌ Силови устройства (MOSFET, диоди на Шотки), 5G/RF компоненти 

‌Автомобилни‌ EV инвертори: бордови зарядни устройства (напр. Тесла Модел 3 SiC тягов инвертор) 

‌Енергия‌ Слънчеви инвертори: преобразуватели на вятърни турбини, сензори за ядрен реактор 

‌Космически‌ Сателитни компоненти: топлинни покрития на реактивни двигатели 

‌Индустриални‌ режещи инструменти: абразиви, огнеупорни облицовки 

4. Техники за обработка и предизвикателства

4.1 Основни производствени стъпки

‌Растеж на кристали‌: Сублимация (PVT) за масивни кристали.

ССЗ за епитаксиални слоеве.

‌Обработка на вафли‌: рязане на диамантена тел, химио-механично полиране.

‌Производство на устройството‌: йонна имплантация, сухо ецване.

4.2 Технически бариери

‌Подложка на пластини‌: <50 μm кривина, необходима за 150 mm пластини.

‌Коефициенти на добив‌: ~60% за 200 мм SiC епитаксиални слоеве (Q1 2025 средно за индустрията).

5. Бъдещи тенденции в технологията SiC (2025–2030 Outlook)

‌8-инчов Вафла Adaption‌: Предвижда се да намали разходите за устройства с 35% до 2028 г.

‌Квантови приложения‌: Свободни работни места за SiC за квантови изчисления при стайна температура.

‌Глобално разширяване на капацитета‌: производството на SiC в Китай ще достигне 40% пазарен дял до 2027 г.

6. Заключение

Уникалните свойства на силициевия карбид го позиционират като крайъгълен материал за устойчиви технологии. Разбирането на разликата между високочистия и конвенционалния SiC – и техните съответни роли в силовата електроника срещу индустриалните системи – е от решаващо значение за оптимизиране на дизайна и производствените стратегии. Тъй като индустрията напредва към 8-инчови вафли и нови приложения, непрекъснатото обучение и иновациите в процесите ще останат от съществено значение.