Силициум карбидот (SiC) е извонредно соединение кое може да се најде и во полупроводничката индустрија и во напредните керамички производи. Ова често води до забуна кај обичните луѓе кои може да ги помешаат со ист тип на производ. Всушност, иако делат идентичен хемиски состав, SiC се манифестира или како напредна керамика отпорна на абење или како високоефикасни полупроводници, играјќи сосема различни улоги во индустриските апликации. Постојат значителни разлики помеѓу материјалите од SiC со керамички и полупроводнички квалитет во однос на кристалната структура, производните процеси, карактеристиките на изведба и полињата на примена.
- Дивергентни барања за чистота за суровини
Керамичкиот SiC има релативно благи барања за чистота за својата прашкаста суровина. Типично, комерцијалните производи со чистота од 90%-98% можат да ги задоволат повеќето потреби на примената, иако високо-перформансната структурна керамика може да бара чистота од 98%-99,5% (на пр., реакционо врзаниот SiC бара контролирана содржина на слободен силициум). Тој толерира одредени нечистотии и понекогаш намерно вклучува помагала за синтерување како алуминиум оксид (Al₂O₃) или итриум оксид (Y₂O₃) за да се подобрат перформансите на синтерување, да се намалат температурите на синтерување и да се зголеми густината на финалниот производ.
SiC од полупроводнички квалитет бара речиси совршени нивоа на чистота. Монокристалниот SiC од подлога квалитет бара чистота ≥99,9999% (6N), а некои апликации од повисок квалитет бараат чистота од 7N (99,99999%). Епитаксијалните слоеви мора да одржуваат концентрации на нечистотии под 10¹⁶ атоми/cm³ (особено избегнувајќи нечистотии на длабоко ниво како B, Al и V). Дури и траги од нечистотии како што се железо (Fe), алуминиум (Al) или бор (B) можат сериозно да влијаат на електричните својства со предизвикување расејување на носителите, намалување на јачината на полето на дефект и на крајот компромитирање на перформансите и сигурноста на уредот, што бара строга контрола на нечистотиите.
Полупроводнички материјал од силициум карбид
- Различни кристални структури и квалитет
SiC од керамички квалитет првенствено постои како поликристален прав или синтерувани тела составени од бројни случајно ориентирани SiC микрокристали. Материјалот може да содржи повеќе политипови (на пр., α-SiC, β-SiC) без строга контрола врз специфичните политипови, со акцент наместо тоа на целокупната густина и униформност на материјалот. Неговата внатрешна структура се карактеризира со изобилство граници на зрната и микроскопски пори, а може да содржи и средства за синтерување (на пр., Al₂O₃, Y₂O₃).
Полупроводничкиот SiC мора да биде монокристален супстрат или епитаксијален слој со високо подредени кристални структури. Потребни се специфични политипови добиени преку техники на прецизен раст на кристали (на пр., 4H-SiC, 6H-SiC). Електричните својства како што се подвижноста на електроните и енергетскиот јаз се исклучително чувствителни на селекцијата на политипови, што бара строга контрола. Во моментов, 4H-SiC доминира на пазарот поради неговите супериорни електрични својства, вклучувајќи ја високата подвижност на носителите и јачината на полето на разградување, што го прави идеален за енергетски уреди.
- Споредба на сложеноста на процесот
SiC од керамички квалитет користи релативно едноставни производствени процеси (подготовка на прав → формирање → синтерување), аналогно на „изработка на тули“. Процесот вклучува:
- Мешање на прашок од SiC од комерцијален квалитет (обично со големина на микрон) со врзива
- Формирање со притискање
- Синтерување на висока температура (1600-2200°C) за да се постигне згуснување преку дифузија на честички
Повеќето апликации можат да бидат задоволни со густина од >90%. Целиот процес не бара прецизна контрола на растот на кристалите, туку се фокусира на конзистентност на формирање и синтерување. Предностите вклучуваат флексибилност на процесот за сложени форми, иако со релативно пониски барања за чистота.
SiC од полупроводнички квалитет вклучува многу посложени процеси (подготовка на прав со висока чистота → раст на монокристална подлога → епитаксијално таложење на плочки → изработка на уред). Клучните чекори вклучуваат:
- Подготовка на подлогата првенствено преку метод на физички транспорт на пареа (PVT)
- Сублимација на SiC прав во екстремни услови (2200-2400°C, висок вакуум)
- Прецизна контрола на температурните градиенти (±1°C) и параметрите на притисокот
- Епитаксијален раст на слојот преку хемиско таложење на пареа (CVD) за да се создадат рамномерно дебели, допирани слоеви (обично од неколку до десетици микрони)
Целиот процес бара ултра-чисти средини (на пр., чисти соби од класа 10) за да се спречи контаминација. Карактеристиките вклучуваат екстремна прецизност на процесот, што бара контрола врз термичките полиња и стапките на проток на гас, со строги барања и за чистотата на суровината (>99,9999%) и за софистицираноста на опремата.
- Значајни разлики во трошоците и пазарна ориентација
Карактеристики на SiC од керамички квалитет:
- Суровина: Прав од комерцијален квалитет
- Релативно едноставни процеси
- Ниска цена: Илјадници до десетици илјади јуани по тон
- Широка примена: Абразиви, огноотпорни материјали и други индустрии чувствителни на трошоци
Карактеристики на SiC од полупроводнички квалитет:
- Долги циклуси на раст на супстратот
- Предизвикувачка контрола на дефекти
- Ниски стапки на принос
- Висока цена: Илјадници американски долари по подлога од 6 инчи
- Фокусирани пазари: Високо-перформансна електроника како уреди за напојување и RF компоненти
Со брзиот развој на возилата со нова енергија и 5G комуникациите, побарувачката на пазарот расте експоненцијално.
- Диференцирани сценарија за примена
Керамички SiC служи како „индустриска работна сила“ првенствено за структурни апликации. Искористувајќи ги своите одлични механички својства (висока цврстина, отпорност на абење) и термички својства (отпорност на висока температура, отпорност на оксидација), тој се истакнува во:
- Абразивни средства (брусилки, шмиргла)
- Огноотпорни материјали (облоги за печки со висока температура)
- Компоненти отпорни на абење/корозија (тело на пумпата, облоги на цевките)
Конструктивни компоненти од силициум карбидна керамика
SiC од полупроводнички квалитет се однесува како „електронска елита“, користејќи ги своите полупроводнички својства со широк енергетски јаз за да демонстрира уникатни предности кај електронските уреди:
- Енергетски уреди: Инвертори за електрични возила, мрежни конвертори (подобрување на ефикасноста на конверзија на енергија)
- RF уреди: 5G базни станици, радарски системи (овозможување на повисоки оперативни фреквенции)
- Оптоелектроника: Материјал за подлога за сини LED диоди
200-милиметарска SiC епитаксијална плочка
| Димензија | SiC од керамички квалитет | SiC од полупроводнички квалитет |
| Кристална структура | Поликристални, повеќекратни политипови | Монокристални, строго одбрани политипови |
| Фокус на процесот | Згуснување и контрола на обликот | Квалитет на кристали и контрола на електрични својства |
| Приоритет на перформансите | Механичка цврстина, отпорност на корозија, термичка стабилност | Електрични својства (појасна жица, поле на пробив, итн.) |
| Сценарија на апликација | Структурни компоненти, делови отпорни на абење, компоненти на висока температура | Уреди со висока моќност, уреди со висока фреквенција, оптоелектронски уреди |
| Трошочни фактори | Флексибилност на процесот, цена на суровините | Стапка на раст на кристали, прецизност на опремата, чистота на суровината |
Накратко, фундаменталната разлика произлегува од нивните различни функционални намени: SiC од керамички квалитет користи „форма (структура)“, додека SiC од полупроводнички квалитет користи „својства (електрични)“. Првиот се стреми кон економични механички/термички перформанси, додека вториот претставува врв на технологијата за подготовка на материјали како високочист, монокристален функционален материјал. Иако го делат истото хемиско потекло, SiC од керамички квалитет и полупроводнички квалитет покажуваат јасни разлики во чистотата, кристалната структура и производствените процеси - но и двата даваат значаен придонес во индустриското производство и технолошкиот напредок во нивните соодветни домени.
XKH е високотехнолошка компанија специјализирана за истражување и развој и производство на материјали од силициум карбид (SiC), нудејќи услуги за прилагоден развој, прецизна обработка и површинска обработка, почнувајќи од SiC керамика со висока чистота до SiC кристали со полупроводнички квалитет. Користејќи напредни технологии за подготовка и интелигентни производствени линии, XKH обезбедува производи и решенија од SiC со прилагодливи перформанси (чистота од 90%-7N) и структурно контролирани (поликристални/еднокристални) производи и решенија за клиенти во полупроводници, нова енергија, воздухопловство и други најсовремени области. Нашите производи наоѓаат широка примена во полупроводничка опрема, електрични возила, 5G комуникации и сродни индустрии.
Следните се силициум карбидни керамички уреди произведени од XKH.
Време на објавување: 30 јули 2025 година