Nature et propriétés des céramiques semi-conductrices

Introduction: Les céramiques semi-conductrices sont des composés chimiques très utiles dans les procédés de fabrication grâce à leurs caractéristiques uniques. Cet article examine la nature et les propriétés de cinq céramiques semi-conductrices, ainsi que leurs utilisations dans le secteur manufacturier. Une bonne connaissance de ces céramiques semi-conductrices permettra d'en améliorer l'utilisation.

L'alumine comme céramique semi-conductrice

L'alumine, également appelée oxyde d'alumine, est une céramique semi-conductrice. Elle est présente dans la nature sous forme minérale. Elle peut également être produite sous forme synthétique, par fusion d'aluminium solide. L'alumine se présente sous diverses formes, d'où son nom amorphe. Par exemple, l'alumine cristalline est appelée corindon.

Le tableau suivant présente les propriétés physiques, chimiques et mécaniques de l’alumine.

Tableau 1 : Propriétés de l'alumine (oxyde d'aluminium), une céramique semi-conductrice

Utilisations de l'alumine dans les céramiques semi-conductrices : Les utilisations de l'alumine dépendent de ses caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques en tant que céramique semi-conductrice. Elles sont les suivantes :

• Revêtement d'équipements utilisés comme fours, car l'alumine a la capacité de résister à des températures très élevées ;

• Utilisé pour la production de bijoux

• Utilisé pour la production d'équipements de coupe, en raison de sa nature dure ; et

• Utilisé pour la production de papier de verre utilisé pour lisser les surfaces rugueuses.

Le nitrure de silicium comme céramique semi-conductrice

Le nitrure de silicium est une céramique semi-conductrice produite synthétiquement. Les procédés de production, très coûteux et nécessitant des équipements spécialisés, sont les suivants :

   i. Nitruration directe : dans ce procédé, la poudre de silicium et l'azote gazeux sont brûlés à très haute température pour produire du nitrure de silicium.

ii. Nitruration : Ici, la réaction des cristaux de poudre de silicium dans un processus de liaison conduit à la production de nitrure de silicium.

Dans le même ordre d’idées, les propriétés physiques, chimiques et mécaniques du nitrure de silicium sont mises en évidence dans le tableau ci-dessous :

Tableau 2 : Propriétés du nitrure de silicium en tant que céramique semi-conductrice

Utilisations du nitrure de silicium dans les céramiques semi-conductrices, comprennent les éléments suivants :

• Il est utilisé dans la construction de turbines ;

• Pour la production d’équipements et d’outils utilisés dans les interventions chirurgicales ;

• Indispensable dans la fabrication d’implants dentaires et orthopédiques ;

• Utile pour la synthèse de micropuces ;

• Le nitrure de silicium est léger et donc adapté à la fabrication d'avions, pour faciliter des mouvements stables ;

• Utilisé pour la formation de diodes électroluminescentes ultraviolettes.

Le nitrure de bore comme céramique semi-conductrice

Le nitrure de bore est une céramique semi-conductrice peu répandue dans l'environnement. C'est une substance rare, principalement utilisée sous sa forme synthétique, c'est-à-dire artificielle. On l'appelle aussi graphite blanc, en raison de sa grande ressemblance avec le granit.

Le coût de production du nitrure de bore est élevé et l'utilisation des équipements de production requiert une expertise particulière. Ce coût élevé rend l'accès aux formes synthétiques de cette substance difficile pour certaines industries, malgré les avantages de son utilisation dans les activités de production nécessitant des céramiques semi-conductrices.

Tableau 3 : Propriétés du nitrure de bore en tant que céramique semi-conductrice

Formes de nitrure de bore en tant que céramique semi-conductrice : Le nitrure de bore est un type particulier de céramique semi-conductrice, car il se présente sous trois formes cristallines principales, à savoir

   i. H-BN (nitrure de bore hexagonal) – Il est doux, lubrifiant et possède une faible conductivité électrique. Les formes générées à partir de cette forme de nitrure de bore sont généralement denses.

ii. Le C-BN, obtenu en soumettant le H-BN à une chaleur très élevée. Les produits de C-BN sont très durs ; et

   iii. W-BN, qui se forme à des températures plus basses que C-BN. Le W-BN est très utile pour la production de pièces dures. Sa densité est également inférieure à celle des autres formes de nitrure de bore.

Utilisations du nitrure de bore comme céramique semi-conductrice inclure les éléments suivants

• Production de dissipateurs thermiques.

• Construction de fours.

• Synthèse de matériaux optiques.

• Préparation de produits cosmétiques; et

• Fabrication de matériaux de coupe.

Le nitrure d'aluminium comme céramique semi-conductrice

Description : Le nitrure d'aluminium est une céramique semi-conductrice. Il s'agit d'aluminium solide sous forme de nitrure. C'est un choix populaire pour les céramiques semi-conductrices en raison de sa non-toxicité, car il peut être utilisé en toute sécurité dans les activités de fabrication. Le nitrure d'aluminium est produit synthétiquement par combinaison d'aluminium et d'azote.

Tableau 4 : Propriétés du nitrure d'aluminium en tant que céramique semi-conductrice

Utilisations du nitrure d'aluminium comme céramique semi-conductrice :

• Il est utilisé comme dissipateur thermique pour les applications électriques et électroniques.

• La substance est déployée pour des applications électriques dans des situations où la température élevée et la dissipation de chaleur sont considérées comme un défi.

• Il est utilisé dans la production de matières plastiques et de matériaux en résine.

• Il est utilisé dans la production d'emballages pour équipements électriques.

• Le nitrure d'aluminium est également utilisé pour produire un matériau mince appelé filtre RF, utilisé dans les téléphones portables comme résonateur acoustique.

• Il est utilisé dans la fabrication de microphones.

Le carbure de silicium comme céramique semi-conductrice

Le carbure de silicium est une céramique semi-conductrice, également connue sous le nom de carborundum. On le trouve à l'état naturel dans un minéral rare appelé moissanite. Des tests effectués sur des échantillons de carbure de silicium ont révélé la présence d'isotopes de silicium et de carbone. Ces éléments sont également présents dans la poussière d'étoiles d'origine spatiale.

Autres sources de carbure de silicium : Le carbure de silicium peut également être produit en masse sous forme cristalline ou pulvérulente. Il existe deux méthodes de production de carbure de silicium synthétique : la méthode Lely et le dépôt chimique en phase vapeur. Ces deux méthodes nécessitent un équipement spécialisé et une grande expertise.

Propriétés du carbure de silicium en tant que céramique semi-conductrice

Utilisations du carbure de silicium comme céramique semi-conductrice :

• Le carbure de silicium est utilisé dans la production de matériaux résistants et durs tels que les gilets pare-balles.

•  Il est utilisé dans la fabrication de bijoux.

• Formulation d'abrasifs.

• Construction d'embrayages et de freins de voiture.

• Utilisé dans les procédés photocatalytiques ainsi que dans la production de transistors à émission de champ.

• Production de machines et d'équipements à économie d'énergie.

• Assemblage de systèmes solaires et de véhicules électriques, en raison de sa capacité à supporter des tensions électriques élevées.

• Il est considéré comme un bon substitut aux matériaux de combustion à haute teneur en carbone dans les processus de production, afin de protéger l'environnement.

Conclusion:

Les céramiques semi-conductrices se distinguent par leur résistance aux températures élevées, leur dureté et leur excellente conduction électrique. Ces caractéristiques incluent également leur résistance à la corrosion, à l'usure, leurs propriétés de liaison ionique, leur couleur et leur forme. Ces caractéristiques distinctives déterminent également l'adéquation de leur application.