Aard en eigenschappen van halfgeleiderkeramiek

Invoering: Halfgeleiderkeramiek is een chemische verbinding die dankzij zijn unieke eigenschappen zeer nuttig is in productieprocessen. Dit artikel onderzoekt de aard en eigenschappen van vijf soorten halfgeleiderkeramiek, evenals hun toepassingen in de productiesector. Een goede kennis van deze halfgeleiderkeramiek verbetert hun toepassing.

Alumina als halfgeleiderkeramiek

Alumina staat ook bekend als aluminiumoxide. Het is een keramische halfgeleider. Het wordt in de natuur gewonnen in minerale vorm. Het kan ook synthetisch worden geproduceerd door het smelten van vaste aluminiummaterialen. Alumina komt in verschillende vormen voor, daarom wordt het amorf genoemd. Zo staat alumina, dat in kristalvorm voorkomt, bekend als korund.

De onderstaande tabel toont de fysieke, chemische en mechanische eigenschappen van aluminiumoxide.

Tabel 1: Eigenschappen van aluminiumoxide (aluminiumoxide), een halfgeleidende keramische stof

Toepassingen van aluminiumoxide in halfgeleiderkeramiek: De doeleinden waarvoor aluminiumoxide wordt gebruikt, hangen samen met de fysische, chemische en mechanische eigenschappen ervan als halfgeleiderkeramiek. Deze zijn als volgt:

• Coating van apparatuur die als oven wordt gebruikt, omdat aluminiumoxide bestand is tegen zeer hoge temperaturen;

• Wordt gebruikt voor de productie van sieraden

• Wordt gebruikt voor de productie van snijapparatuur vanwege de harde aard ervan; en

• Wordt gebruikt voor de productie van schuurpapier, waarmee ruwe oppervlakken gladgemaakt kunnen worden.

Siliciumnitride als halfgeleiderkeramiek

Siliciumnitride is een halfgeleiderkeramiek dat synthetisch wordt geproduceerd. De productieprocessen, die zeer duur zijn en gespecialiseerde apparatuur vereisen, zijn als volgt:

   i. Directe nitrering: Bij dit proces worden siliciumpoeder en stikstofgas bij zeer hoge temperaturen verbrand om siliciumnitride te produceren.

ii. Nitridatie: Hierbij leidt de reactie van siliciumpoederkristallen in een bindingsproces tot de productie van siliciumnitride.

In dezelfde lijn worden de fysieke, chemische en mechanische eigenschappen van siliciumnitride in de onderstaande tabel weergegeven:

Tabel 2: Eigenschappen van siliciumnitride als halfgeleiderkeramiek

Toepassingen van siliciumnitride in halfgeleiderkeramiek omvatten de volgende:

• Het wordt gebruikt bij de bouw van turbines;

• Voor de productie van apparatuur en gereedschappen die worden gebruikt bij chirurgische ingrepen;

• Van cruciaal belang bij de vervaardiging van tandheelkundige en orthopedische implantaten;

• Nuttig voor de synthese van microchips;

• Siliciumnitride is licht van gewicht en daarom geschikt voor de productie van vliegtuigen, om stabiele bewegingen mogelijk te maken;

• Wordt gebruikt voor de vorming van ultraviolette lichtgevende diodes.

Boornitride als halfgeleiderkeramiek

Boornitride is een halfgeleiderkeramiek dat niet vaak in het milieu voorkomt. Het is een zeldzame stof die meestal in synthetische vorm, oftewel door de mens gemaakt, wordt gebruikt. Het staat ook bekend als wit grafiet, vanwege de sterke gelijkenis met graniet.

De productiekosten van boornitride zijn hoog en er is expertise nodig om de productieapparatuur te bedienen. De hoge productiekosten voor synthetische vormen van de stof maken het voor sommige industrieën moeilijk om er toegang toe te krijgen. Dit ondanks de voordelen van het gebruik ervan in productieprocessen waarvoor halfgeleiderkeramiek nodig is.

Tabel 3: Eigenschappen van boornitride als halfgeleiderkeramiek

Vormen van boornitride als halfgeleiderkeramiek: Boornitride is een bijzonder soort halfgeleiderkeramiek, omdat het in drie belangrijke kristallijne vormen voorkomt, namelijk:

   i. H-BN (hexagonaal boornitride) – Dit is zacht, smerend en heeft een lage elektrische geleidbaarheid. De vormen die uit deze vorm van boornitride ontstaan, zijn meestal dicht.

ii. C-BN, dat ontstaat door H-BN aan zeer hoge temperaturen te onderwerpen. De C-BN-producten zijn zeer hard; en

   iii. W-BN, dat bij lagere temperaturen wordt gevormd dan C-BN. W-BN is zeer nuttig bij de productie van harde vormen. Het heeft ook een lagere dichtheid in vergelijking met de andere vormen van boornitride.

Toepassingen van boornitride als keramische halfgeleider omvatten het volgende

• Productie van koellichamen.

• Bouw van ovens.

• Synthese van optische materialen.

• Bereiding van cosmetica; en

• Fabricage van snijmaterialen.

Aluminiumnitride als halfgeleiderkeramiek

Beschrijving: Aluminiumnitride is een halfgeleiderkeramiek. Het is massief aluminium dat in nitridevorm voorkomt. Het is een populaire keuze voor halfgeleiderkeramiek vanwege de niet-giftige eigenschappen en kan veilig worden gebruikt in productieprocessen. Aluminiumnitride wordt synthetisch geproduceerd door aluminium en stikstof te combineren.

Tabel 4: Eigenschappen van aluminium nitride als halfgeleiderkeramiek

Toepassingen van aluminium nitride als keramische halfgeleider:

• Het wordt gebruikt als koellichaam voor elektrische en elektronische toepassingen.

• De stof wordt ingezet voor elektrische toepassingen in situaties waarbij hoge temperaturen en warmteafvoer een uitdaging vormen.

• Het wordt gecombineerd bij de productie van kunststoffen en materialen van hars.

• Het wordt gebruikt bij de productie van verpakkingen voor elektrische apparatuur.

• Aluminium nitride wordt ook gebruikt om een dun materiaal te produceren dat bekend staat als RF-filter, dat in mobiele telefoons wordt gebruikt als akoestische resonator.

• Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van microfoons.

Siliciumcarbide als halfgeleiderkeramiek

Siliciumcarbide is een halfgeleiderkeramiek, ook wel carborundum genoemd. Het wordt in natuurlijke vorm aangetroffen in een zeldzaam mineraal, moissaniet. Tests uitgevoerd op monsters van siliciumcarbide toonden de aanwezigheid van isotopen van silicium en koolstof aan. Deze elementen worden ook aangetroffen in sterrenstof, dat zijn oorsprong in de ruimte heeft.

Andere bronnen van siliciumcarbide: Siliciumcarbide kan ook in kristallijne en poedervorm in massa worden geproduceerd. Er zijn twee methoden om synthetisch siliciumcarbide te produceren: de Lely-methode en chemische dampdepositie. Beide methoden vereisen gespecialiseerde apparatuur en een hoge mate van expertise.

Eigenschappen van siliciumcarbide als halfgeleiderkeramiek

Toepassingen van siliciumcarbide als keramische halfgeleider:

• Siliciumcarbide wordt gebruikt bij de productie van sterke en harde materialen, zoals kogelwerende vesten.

•  Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van sieraden.

• Formulering van schuurmiddelen.

• Constructie van autokoppelingen en autoremmen.

• Wordt gebruikt in fotokatalytische processen en bij de productie van veldemissietransistoren.

• Productie van energiebesparende machines en apparatuur.

• Montage van zonne-energiesystemen en elektrische voertuigen, vanwege de mogelijkheid om hoge elektrische spanningen te ondersteunen.

• Het wordt in productieprocessen gebruikt als een goede vervanger voor materialen met een hoog koolstofgehalte, om het milieu te beschermen.

Conclusie:

Halfgeleiderkeramiek onderscheidt zich door zijn hoge temperatuurbestendigheid, hardheid en goede elektrische geleiding. Deze eigenschappen omvatten ook corrosie- en slijtagebestendigheid, ionenbindingseigenschappen, kleur en vorm. Deze onderscheidende kenmerken bepalen mede de geschiktheid voor hun toepassing.