Natura i właściwości ceramiki półprzewodnikowej

Wstęp: Ceramika półprzewodnikowa to związki chemiczne, które dzięki swoim unikalnym właściwościom są bardzo przydatne w procesach produkcyjnych. Niniejszy artykuł analizuje naturę i właściwości pięciu ceramik półprzewodnikowych, a także ich zastosowania w sektorze produkcyjnym. Dobra znajomość tych ceramik półprzewodnikowych usprawni ich wykorzystanie.

Tlenek glinu jako ceramika półprzewodnikowa

Tlenek glinu (Glinu) jest znany również jako tlenek glinu. Jest to półprzewodnikowy materiał ceramiczny. Występuje naturalnie w postaci minerału. Można go również uzyskać syntetycznie, poprzez stopienie stałego aluminium. Tlenek glinu występuje w różnych formach, dlatego nazywa się go amorficznym. Na przykład tlenek glinu występujący w postaci krystalicznej nazywany jest korundem.

W poniższej tabeli przedstawiono właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne tlenku glinu.

Tabela 1: Właściwości tlenku glinu (aluminium), półprzewodzącego materiału ceramicznego

Zastosowania tlenku glinu w ceramice półprzewodnikowej: Zastosowanie tlenku glinu wynika z jego właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych jako ceramiki półprzewodnikowej. Są one następujące:

• Powłoka na urządzeniach, które służą jako piece, ponieważ tlenek glinu ma zdolność wytrzymywania bardzo wysokich temperatur;

• Stosowany do produkcji biżuterii

• Stosowany do produkcji sprzętu tnącego ze względu na swoją twardość; i

• Stosowany do produkcji papieru ściernego, który służy do wygładzania szorstkich powierzchni.

Azotek krzemu jako półprzewodnik ceramiczny

Azotek krzemu to półprzewodnikowy materiał ceramiczny wytwarzany syntetycznie. Procesy produkcyjne, które są bardzo kosztowne i wymagają specjalistycznego sprzętu, są następujące:

   i. Azotowanie bezpośrednie: W tym procesie proszek krzemowy i azot są spalane w bardzo wysokiej temperaturze w celu wytworzenia azotku krzemu.

ii. Azotowanie: W tym przypadku reakcja kryształów proszku krzemu w procesie wiązania prowadzi do wytworzenia azotku krzemu.

W poniższej tabeli przedstawiono podobne właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne azotku krzemu:

Tabela 2: Właściwości azotku krzemu jako ceramiki półprzewodnikowej

Zastosowania azotku krzemu w przypadku ceramiki półprzewodnikowej obejmują:

• Stosowany jest przy budowie turbin;

• Do produkcji sprzętu i narzędzi wykorzystywanych w zabiegach chirurgicznych;

• Niezwykle przydatne przy produkcji implantów stomatologicznych i ortopedycznych;

• Przydatny do syntezy mikroprocesorów;

• Azotek krzemu jest lekki i dlatego nadaje się do produkcji samolotów, gdyż umożliwia stabilne ruchy;

• Stosowany do produkcji diod elektroluminescencyjnych emitujących światło ultrafioletowe.

Azotek boru jako półprzewodnik ceramiczny

Azotek boru to półprzewodnikowy materiał ceramiczny, który nie występuje powszechnie w środowisku. Jest to rzadka substancja, wykorzystywana głównie w formie syntetycznej, czyli syntetycznej. Znany jest również jako biały grafit ze względu na podobieństwo do granitu.

Koszt produkcji azotku boru jest wysoki, a obsługa urządzeń produkcyjnych wymaga specjalistycznej wiedzy. Wysoki koszt produkcji syntetycznych form tej substancji utrudnia niektórym gałęziom przemysłu dostęp do niej. Dzieje się tak pomimo zalet jego zastosowania w procesach produkcyjnych wymagających ceramiki półprzewodnikowej.

Tabela 3: Właściwości azotku boru jako półprzewodnikowej ceramiki

Formy azotku boru jako półprzewodnikowej ceramiki: Azotek boru to szczególny rodzaj ceramiki półprzewodnikowej, ponieważ występuje w trzech głównych formach krystalicznych, a mianowicie:

   i. H-BN (heksagonalny azotek boru) – jest miękki, smarujący i ma niską przewodność elektryczną. Kształty generowane z tej formy azotku boru są zazwyczaj gęste.

ii. C-BN, który powstaje w wyniku poddania H-BN bardzo wysokiej temperaturze. Produkty C-BN są bardzo twarde; i

   iii. W-BN, który powstaje w niższych temperaturach niż C-BN. W-BN jest bardzo przydatny w produkcji twardych kształtów. Ma również niższą gęstość w porównaniu z innymi formami azotku boru.

Zastosowania azotku boru jako półprzewodnikowej ceramiki zawiera następujące elementy

• Produkcja radiatorów.

• Budowa pieców.

• Synteza materiałów optycznych.

• Przygotowywanie kosmetyków; i

• Produkcja materiałów tnących.

Azotek glinu jako półprzewodnik ceramiczny

Opis: Azotek glinu to ceramika półprzewodnikowa. Jest to stałe aluminium występujące w postaci azotku. Jest popularnym wyborem ceramiki półprzewodnikowej ze względu na swoją nietoksyczność i możliwość bezpiecznego stosowania w procesach produkcyjnych. Azotek glinu jest wytwarzany syntetycznie poprzez połączenie glinu i azotu.

Tabela 4: Właściwości azotku glinu jako ceramiki półprzewodnikowej

Zastosowania azotku glinu jako ceramiki półprzewodnikowej:

• Jest stosowany jako radiator w zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych.

• Substancja ta jest wykorzystywana w zastosowaniach elektrycznych w sytuacjach, w których wysoka temperatura i rozpraszanie ciepła stanowią wyzwanie.

• Łączy się ją przy produkcji tworzyw sztucznych i materiałów z żywicy.

• Stosowany jest do produkcji opakowań urządzeń elektrycznych.

• Azotek glinu jest również stosowany do produkcji cienkiego materiału znanego jako filtr RF, stosowanego w telefonach komórkowych jako rezonator akustyczny.

• Stosowany jest przy produkcji mikrofonów.

Węglik krzemu jako ceramika półprzewodnikowa

Węglik krzemu to półprzewodnikowy materiał ceramiczny, znany również jako karborund. Występuje w stanie naturalnym w rzadkim minerale znanym jako moissanit. Testy przeprowadzone na próbkach węglika krzemu wykazały obecność izotopów krzemu i węgla. Pierwiastki te występują również w pyle gwiezdnym, pochodzącym z kosmosu.

Inne źródła węglika krzemu: Węglik krzemu można również produkować masowo w postaci krystalicznej i proszkowej. Istnieją dwie metody produkcji syntetycznego węglika krzemu: metoda Lely'ego oraz chemiczne osadzanie z fazy gazowej. Obie metody wymagają specjalistycznego sprzętu i wysokiego poziomu wiedzy specjalistycznej.

Właściwości węglika krzemu jako ceramiki półprzewodnikowej

Zastosowania węglika krzemu jako ceramiki półprzewodnikowej:

• Węglik krzemu stosowany jest w produkcji materiałów odpornych i twardych, takich jak kamizelki kuloodporne.

•  Używa się go do wyrobu biżuterii.

• Formuła materiałów ściernych.

• Budowa sprzęgieł i hamulców samochodowych.

• Stosowane w procesach fotokatalitycznych oraz w produkcji tranzystorów z emisją polową.

• Produkcja maszyn i urządzeń energooszczędnych.

• Montaż systemów zasilanych energią słoneczną i pojazdów elektrycznych, ze względu na możliwość obsługi wysokich napięć elektrycznych.

• Jest on preferowany jako dobry zamiennik materiałów o wysokiej zawartości węgla w procesach produkcyjnych, w celu ochrony środowiska.

Wniosek:

Ceramika półprzewodnikowa wyróżnia się odpornością na wysokie temperatury, twardością i dobrym przewodzeniem prądu. Do jej cech należą również odporność na korozję, zużycie, wiązania jonowe, kolor i kształt. Te cechy decydują również o przydatności do danego zastosowania.