Perkenalan
Semikonduktor silikon karbida (SiC) telah menjadi lebih menonjol dalam industri semikonduktor. Di masa lalu, semikonduktor menggunakan silikon sebagai bahan dasar utamanya. Namun, sejak diperkenalkannya silikon karbida (SiC), semikonduktor tampaknya lebih efisien secara fungsional, tahan lama, dan efektif.
Artikel ini memberikan penjelasan yang baik tentang apa itu silikon karbida dan mengapa ia baru-baru ini menjadi elemen utama dalam industri semikonduktor.
Apa itu Silikon Karbida (SiC)
Karbida silikon (SiC) merupakan material keramik yang paling banyak digunakan untuk memproduksi elemen pemanas dalam industri manufaktur. Nama dagang material semikonduktor ini adalah Karborundum. Beberapa elemen manufaktur yang dihasilkan oleh material ini bahan keramik digunakan untuk memproduksi meliputi wadah peleburan, nosel pembakar, dan bantalan geser.
Elemen lain yang dihasilkan dari SiC meliputi komponen aus, cincin penyegel, penukar panas, dan alat bantu sintering. Jadi, untuk menjawab pertanyaan besar, "Mengapa SiC baru-baru ini diadopsi dalam semikonduktor?" Hal ini karena semikonduktor silikon-karbida menawarkan mobilitas elektron yang lebih tinggi dan konduktivitas termal yang lebih tinggi, sekaligus memastikan kerugian daya yang lebih rendah.
Doping SiC
Perbandingan SiC dan bahan semikonduktor lain dengan celah pita lebar menunjukkan bahwa SiC menangani konsentrasi dopan lebar yang lebih tinggi. Mungkin menarik bagi Anda untuk mengetahui bahwa ada kemungkinan besar hal ini terjadi melalui implantasi ion atau doping in-situ.
Dalam kebanyakan kasus, doping SiC menggunakan pengotor tipe donor seperti fosfor dan nitrogen. Pengotor tipe akseptor seperti galium, boron, dan aluminium juga umum digunakan untuk meningkatkan konduksi listrik. Nitrogen menggantikan Karbon sementara silikon digantikan dengan boron, aluminium, dan fosfor dalam kisi SiC.
Bila didoping dengan nitrogen, SiC menghasilkan semikonduktor tipe-n. Sementara itu, semikonduktor tipe-p merupakan hasil doping dengan boron, aluminium, dan fosfor. Parameter kisi bahan semikonduktor ini cenderung berubah berdasarkan kerapatan doping dan dopan.
Faktor lain yang menyebabkan perubahan pada parameter kisi adalah suhu yang memungkinkan terbentuknya kristal. Ketika SiC didoping dengan nitrogen, terjadi kontraksi kisi. Sebaliknya, ekspansi kisi biasanya terjadi ketika doping dilakukan dengan aluminium.
Tekanan kisi yang disebabkan oleh ketidaksesuaian kisi akibat doping merupakan faktor krusial. Hal ini terutama penting selama pembuatan perangkat, khususnya selama tahap pembentukan heterostruktur.
Sifat-sifat Karbida Silikon (SiC)
Karbida silikon merupakan material keramik yang paling keras dan paling ringan yang dapat Anda temukan. Senyawa ini berasal dari penggabungan silikon dengan karbon, dan tahan terhadap asam dan alkali. Lebih jauh lagi, SiC terdiri dari beberapa sifat kimia, mekanik, dan termal yang menjadikannya material semikonduktor yang sesuai.
Properti ini meliputi dioda bodi intrinsik (perangkat MOSFET), efisiensi energi tinggi, kehilangan daya dan pengalihan rendah, serta ekspansi termal rendah. Properti lainnya meliputi ketahanan guncangan termal yang luar biasa serta suhu dan frekuensi pengoperasian tinggi yang memungkinkannya beroperasi pada suhu sekitar 200℃.
Selain itu, ia memiliki sifat manajemen termal yang sangat baik, yang memungkinkan pengurangan kebutuhan pendinginan. Semua sifat ini memungkinkan dioda dan transistor SiC berfungsi tanpa kehilangan efektivitas dan keandalannya.
Perbandingan Antara Silikon dan Karbida Silikon dalam Semikonduktor
Salah satu keunggulan semikonduktor silikon karbida dibandingkan semikonduktor silikon adalah kekuatan kerusakan medan listriknya. Kekuatan kerusakan medan listrik pada semikonduktor SiC adalah 10 kali lipat dari semikonduktor silikon. Oleh karena itu, semikonduktor yang menggunakan silikon karbida dapat mengonfigurasi tegangan yang sangat tinggi pada perangkat berdaya tinggi.
Semikonduktor SiC memiliki lapisan apung yang lebih tipis dan konsentrasi pengotor yang tinggi. Properti ini memudahkan kemampuannya untuk menangani tegangan antara 600V dan lebih dari seribu volt. Selain itu, semikonduktor SiC terdiri dari resistansi ON yang sangat rendah per satuan luas. Resistansi ON yang rendah ini juga mendukung kemampuannya untuk menahan tegangan tinggi.
Lebih jauh lagi, resistansi lapisan drift per area semikonduktor silikon karbida dapat dikurangi hingga 300x. Yaitu, dibandingkan dengan semikonduktor silikon saat terpapar pada level tegangan yang sama. Biasanya, semikonduktor silikon harus didukung dengan pembawa minoritas seperti IGBT untuk meminimalkan peningkatan resistansi ON.
Namun, ketika Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi (IGBT) ini digunakan sebagai perangkat pembawa untuk semikonduktor silikon, kerugian pengalihan meningkat. Akibatnya, lebih banyak panas dihasilkan, dan operasi frekuensi tinggi menjadi terbatas.
Di sisi lain, semikonduktor SiC menggunakan perangkat pembawa mayoritas (MOSFET dan dioda penghalang Schottky) untuk menahan tegangan tinggi. Ia menggunakan resistansi ON yang lebih rendah untuk secara bersamaan memfasilitasi konstruksi perangkat berkecepatan tinggi dan operasi berkecepatan tinggi sambil menahan tegangan tinggi.
Semikonduktor silikon karbida juga memiliki celah pita yang lebih lebar (3x lebih lebar dari semikonduktor silikon). Dengan demikian, perangkat daya dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dan memperluas penerapannya ke tingkat yang lebih tinggi.
Penggunaan Semikonduktor SiC
Anda dapat menggunakan semikonduktor silikon karbida untuk memberi daya pada modul yang digunakan dalam aplikasi berdaya tinggi dan efisiensi tinggi. Semikonduktor silikon karbida seperti transistor FET/MOSFET dan dioda Schottky merupakan komponen sebagian besar perangkat untuk catu daya. Komponen tersebut meliputi pengisi daya baterai, konverter, sistem kontrol motor, dan inverter.
Semikonduktor berbasis silikon memiliki batas tegangan 900V. Namun, hal ini tidak berlaku untuk semikonduktor SiC. Apakah Anda tertarik untuk mengetahui perbedaannya?
Semikonduktor silikon karbida dapat menangani tegangan hingga 10kV. Selain itu, kerugian pengalihan yang rendah mendukung frekuensi operasi yang tinggi, sehingga memungkinkan tercapainya efisiensi yang lebih tinggi.
Penerapan semikonduktor SiC pada inverter dan konverter dapat menurunkan kerugian sistem hingga sekitar 50 persen. Mereka juga menurunkan ukuran hingga 300 persen dan biaya keseluruhan sistem hingga 20 persen. Kemampuan untuk menurunkan ukuran sistem secara keseluruhan ini menyoroti kegunaan semikonduktor SiC dalam aplikasi yang peka terhadap ruang.
Tren Pasar Karbida Silikon Saat Ini
Pembuatan perangkat SiC tengah mengalami kemajuan yang signifikan. Anda akan melihat hal ini pada kualitas substrat SiC dan proses epitaksi untuk memudahkan penggunaan silikon karbida. Para peneliti tengah berupaya keras untuk memperbaiki cacat substrat SiC tertentu, termasuk pipa mikro dan noda.
Cacat substrat lain yang sedang diperbaiki meliputi cacat penumpukan kristal, partikel permukaan, dan goresan yang menurunkan kinerja perangkat SiC. Kepadatan cacat yang lebih tinggi ini dilawan oleh upaya untuk mempertahankan kualitas substrat yang konsisten, bahkan dengan wafer SiC yang lebih besar.
Namun, penerapan kemajuan ini akan meningkatkan kualitas, keandalan, dan efektivitas biaya semikonduktor SiC, di antara perangkat SiC lainnya. Dengan demikian, tercipta beberapa peluang pertumbuhan untuk pasar SiC. Kemajuan lebih lanjut dalam perangkat dan teknologi SiC mencakup pergeseran ke arah pembuatan wafer yang lebih besar.
Selain itu, pengembangan wafer yang lebih besar menunjukkan peningkatan adopsi dan aplikasi perangkat SiC di elektronika daya dan aplikasi. Hal ini juga berpotensi meningkatkan permintaan MOSFET SiC pada sistem penggerak EV/HEV.
Aplikasi Karbida Silikon
Jika Anda bertanya-tanya tentang bidang-bidang di mana Anda dapat menerapkan material keramik ini, maka tidak perlu mencari lebih jauh lagi. Kekerasan material ini membuatnya cocok untuk berbagai macam aplikasi. Selain semikonduktor, SiC berlaku untuk kendaraan listrik, elektronik dan fototonik, kedirgantaraan, dan militer.
Tahukah Anda bahwa komponen silikon karbida juga berlaku untuk bidang tradisional? Ini termasuk bahan abrasif, alat pemotong, dan bahan tahan api, antara lain. Anda juga akan menemukan bahwa SiC memainkan peran penting sebagai komponen suku cadang otomotif - rem dan kopling.
Apakah Anda produsen rompi antipeluru atau pelindung tubuh? Temukan bahan SiC berkualitas untuk produk Anda guna berkontribusi bagi militer di situs web kami. Ketahanan silikon karbida terhadap radiasi kosmik menjadikannya bahan yang sempurna untuk industri kedirgantaraan.
Anda juga akan tertarik untuk mengetahui bahwa SiC diaplikasikan pada pembuatan nosel roket. Selama pendorongan roket, nosel roket biasanya mengalami panas yang sangat tinggi. Jika material tidak mampu menahan panas, seluruh operasi akan gagal.
Mereka juga digunakan untuk meningkatkan efisiensi energi dalam sistem energi terbarukan. Anda juga harus tahu bahwa perangkat berbasis SiC digunakan dalam aplikasi RF berdaya tinggi.
Ada juga banyak kemajuan yang akan datang dalam industri teknologi, terutama dengan perkembangan teknologi 5G. Agar jaringan 5G berfungsi dengan lancar, diperlukan aplikasi RF berdaya tinggi yang berfungsi pada frekuensi tinggi.
Oleh karena itu, Anda pasti akan melihat peningkatan permintaan silikon karbida menyusul perluasan adopsi teknologi 5G.
Nilai Pasar Karbida Silikon
Anda dapat menemukan kualitas silikon karbida terbaik, di antara bahan keramik berpori dan tekstil lainnya, di Keramik GGS. Beberapa faktor menentukan harga setiap SiC, termasuk grit, jenis, mesh, kuantitas, dan kondisi pasar. Namun, Anda akan mendapatkan harga yang sepadan dengan pembelian silikon karbida dari kami. Jangan ragu untuk mengirimkan Pertanyaan hari ini.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
Bisakah SiC Mengungguli IGBT pada Frekuensi Tinggi?
Ya. SiC dapat mengungguli Transistor Bipolar gerbang terisolasi (IGBT) pada frekuensi tinggi. IGBT digunakan di masa lalu sebagai pembawa minor bagi semikonduktor silikon untuk menekan peningkatan resistansi ON. Namun, peralihan ke SiC dilakukan ketika para peneliti menemukan bahwa semikonduktor silikon karbida secara alami memiliki resistansi ON yang rendah sebagai sifatnya.
Mengapa SiC Dapat Menangani Tegangan Tinggi?
Alasan semikonduktor silikon karbida dapat menangani tegangan tinggi adalah kekuatan kerusakan medan listriknya. Dibandingkan dengan intensitas kerusakan dielektrik semikonduktor silikon untuk medan listrik, kekuatan perangkat SiC 10x lebih tinggi. Dengan demikian, semikonduktor SiC dapat menahan tegangan yang lebih tinggi mulai dari 600V hingga lebih dari seribu volt.
Bagaimana Waktu Pemulihan Terbalik SiC Dibandingkan dengan Si?
Dioda bodi MOSFET SiC memiliki waktu pemulihan balik (trr) yang sangat cepat dengan nilai yang sangat kecil. Kehilangan energi (Err) juga berkurang ke tingkat yang cukup besar dibandingkan dengan MOSFET Si.
Kesimpulan
Semikonduktor SiC dengan cepat menjadi pengubah permainan dalam industri semikonduktor, dan semakin cepat Anda mengikuti tren ini, semakin cepat Anda akan melihat manfaatnya. Bersama dengan banyak manfaat lainnya, SiC dapat menahan lebih banyak panas dibandingkan dengan semikonduktor silikon, menjadikannya bahan yang lebih andal untuk digunakan.