Verstehen Sie das frühere Leben von Siliziumkarbid!

Siliziumkarbid (SiC) wird bei hoher Temperatur in einem Widerstandsofen geschmolzen, wobei Quarzsand, Petrolkoks (oder Steinkohlenkoks) und Holzspäne als Rohstoffe verwendet werden. Siliziumkarbid kommt in der Natur auch als seltenes Mineral, Moissanit, vor. Siliziumkarbid wird auch Moissanit genannt. Unter den modernen nichtoxidischen High-Tech-Feuerfestrohstoffen wie C, N und B ist Siliziumkarbid der am weitesten verbreitete und wirtschaftlichste. Es kann Schmirgelsand oder feuerfester Sand genannt werden.

1. Das frühere und gegenwärtige Leben von Siliziumkarbid
Aufgrund seiner stabilen chemischen Eigenschaften, der hohen Wärmeleitfähigkeit, des kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der guten Verschleißfestigkeit hat Siliziumkarbid neben der Verwendung als Schleifmittel viele andere Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise die Beschichtung von Siliziumkarbidpulver mit einem speziellen Verfahren auf der Innenwand des Turbinenlaufrad oder Zylinderblock, es kann seine Verschleißfestigkeit verbessern und seine Lebensdauer um das 1- bis 2-fache verlängern; Das daraus hergestellte fortschrittliche feuerfeste Material ist temperaturschockbeständig, klein, leicht, hochfest und hat eine gute Energiesparwirkung. Minderwertiges Siliziumkarbid (enthält etwa 85 % SiC) ist ein ausgezeichnetes Desoxidationsmittel. Es kann die Stahlherstellung beschleunigen, die Kontrolle der chemischen Zusammensetzung erleichtern und die Qualität von Stahl verbessern. Darüber hinaus wird Siliziumkarbid auch häufig bei der Herstellung von Siliziumkarbidstäben für elektrische Heizelemente verwendet.
Siliziumkarbid ist mit einer Mohs-Härte von 9,5 sehr hart und liegt damit nach dem härtesten Diamanten der Welt (Stufe 10) an zweiter Stelle. Es verfügt über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, ist ein Halbleiter und kann bei hohen Temperaturen einer Oxidation widerstehen.

2. Vorteilhafte Eigenschaften von Siliziumkarbid-Geräten
Siliziumkarbid (SiC) ist derzeit das ausgereifteste Halbleitermaterial mit großer Bandlücke. Länder auf der ganzen Welt legen großen Wert auf die Erforschung von SiC und haben viel Arbeitskraft und materielle Ressourcen in die aktive Entwicklung investiert. Die Vereinigten Staaten, Europa, Japan usw. haben nicht nur entsprechende Forschungspläne auf nationaler Ebene formuliert, sondern auch einige internationale Elektronikriesen haben stark in die Entwicklung von Siliziumkarbid-Halbleiterbauelementen investiert.
Im Vergleich zu gewöhnlichem Silizium weisen Bauteile aus Siliziumkarbid folgende Eigenschaften auf:

Hochspannungseigenschaften:
Siliziumkarbid-Geräte haben eine zehnmal höhere Spannungsfestigkeit als gleichwertige Silizium-Geräte.
Die Spannungsfestigkeit von Siliziumkarbid-Schottky-Röhren kann 2400 V erreichen.
Siliziumkarbid-Feldeffektröhren können Spannungen von mehreren zehntausend Volt standhalten und ihr Durchlasswiderstand ist nicht sehr groß.

Hochfrequenzeigenschaften:

Hochtemperatureigenschaften:
Heutzutage, wo Si-Materialien nahe an der theoretischen Leistungsgrenze sind, gelten SiC-Leistungsbauelemente immer als „ideale Bauelemente“ und werden aufgrund ihrer hohen Spannungsfestigkeit, ihres geringen Verlusts, ihres hohen Wirkungsgrads und anderer Eigenschaften mit Spannung erwartet. Im Vergleich zu früheren Geräten aus Si-Material wird jedoch das Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten von SiC-Leistungsgeräten und ihrem Bedarf an Hochtechnologie der Schlüssel dafür sein, ob SiC-Leistungsgeräte tatsächlich populär werden können.

Derzeit sind Siliziumkarbidgeräte mit geringem Stromverbrauch aus dem Labor in die Phase der praktischen Geräteproduktion eingetreten. Derzeit ist der Preis für Siliziumkarbid-Wafer noch relativ hoch und sie weisen auch viele Mängel auf. Durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung wird erwartet, dass Siliziumkarbid-Geräte bis etwa 2010 den Markt für Stromversorgungsgeräte dominieren werden. Dies ist jedoch nicht der Fall.

3. Wie ist der aktuelle Entwicklungsstand bei Siliziumkarbid-Geräten?
1. Technische Parameter: Beispielsweise steigt die Spannung der Schottky-Dioden von 250 Volt auf über 1,000 Volt, die Chipfläche wird kleiner, aber der Strom beträgt nur einige zehn Ampere. Die Betriebstemperatur wird auf 180 Grad erhöht, was weit von der Einführung von 600 Grad entfernt ist. Der Spannungsabfall ist noch unbefriedigender, er unterscheidet sich nicht von Siliziummaterial und der hohe Durchlassspannungsabfall muss 2 V erreichen.
2. Marktpreis: etwa das 5- bis 6-fache des Preises für die Herstellung von Siliziummaterial.

4. Was sind die Schwierigkeiten bei der Entwicklung von Siliziumkarbid (SiC-Geräte?Das Problem bei der Entwicklung von Siliziumkarbid-Geräten ist nicht das prinzipielle Design des Chips, insbesondere das Design der Chipstruktur. Es ist nicht schwer, es zu lösen. Die Schwierigkeit besteht darin, den Herstellungsprozess der Chipstruktur zu realisieren. Beispiele sind wie folgt: 1. Mikroröhren-Defektdichte von Siliziumkarbid-Wafern. 2. Die Effizienz des Epitaxieprozesses ist gering. 3. Der Dopingprozess stellt besondere Anforderungen.

4. Herstellung eines ohmschen Kontakts. 5. Temperaturbeständigkeit der Trägermaterialien.

Das Obige sind nur einige Beispiele, nicht alle. Es gibt immer noch viele Prozessprobleme, für die es keine idealen Lösungen gibt, wie z. B. das Oberflächen-Trenchenverfahren für Siliziumkarbid-Halbleiter, das Passivierungsverfahren für Anschlüsse und die Auswirkungen des Grenzflächenzustands der Gate-Oxidschicht auf die Langzeitstabilität von Siliziumkarbid-MOSFET-Bauelementen. Hat die Branche bereits einen Konsens erzielt? Konsequente Schlussfolgerungen usw. haben die schnelle Entwicklung von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten erheblich behindert.

5. Entwicklungsüberblick über die Hauptanwendungsgebiete von Siliziumkarbid

Derzeit führt die dritte Generation von Halbleitermaterialien zu einer Revolution in der sauberen Energie und einer neuen Generation elektronischer Informationstechnologie. Ob Beleuchtung, Haushaltsgeräte, Geräte der Unterhaltungselektronik, Fahrzeuge mit neuer Energie, intelligente Netze oder Militärbedarf – diese Hochleistungshalbleitermaterialien sind sehr gefragt. Gemäß der Entwicklung von Halbleitern der dritten Generation sind ihre Hauptanwendungen Halbleiterbeleuchtung, leistungselektronische Geräte, Laser und Detektoren sowie vier weitere Bereiche.
1. Halbleiterbeleuchtung
Unter den vier Anwendungsbereichen hat sich die Halbleiterbeleuchtungsindustrie am schnellsten entwickelt und einen Branchenumfang von mehreren zehn Milliarden Dollar gebildet.
2. Leistungselektronische Geräte
Im Bereich der Leistungselektronik hat die Anwendung von Wide-Bandgap-Halbleitern gerade erst begonnen, und die Marktgröße beträgt nur wenige hundert Millionen US-Dollar. Seine Anwendung konzentriert sich hauptsächlich auf den Bereich der militärischen Spitzenausrüstung und weitet sich schrittweise auf den zivilen Bereich aus.
3. Laser und Detektoren
Im Bereich der Laser- und Detektoranwendungen können GaN-basierte Laser einen breiten Spektrumsbereich abdecken und die Herstellung von blauen, grünen und ultravioletten Lasern sowie die Ultraviolettdetektion ermöglichen.
4. Andere Anwendungen
Im Bereich der Spitzenforschung können Halbleiter mit großer Bandlücke in Solarzellen, Biosensoren, wasserbasierten Wasserstoffproduktionsmedien und anderen neuen Anwendungen eingesetzt werden. Derzeit befinden sich diese heißen Bereiche noch im Laborforschungs- und Entwicklungsstadium.