Wstęp
Postęp technologiczny w branży elektroniki mocy rośnie dzięki płytkom z węglika krzemu. Te specjalistyczne materiały półprzewodnikowe oferują unikalne atrybuty, które czynią je najlepszymi opcjami do produkcji urządzeń wymagających wysokiej częstotliwości i dużej mocy. W tym artykule przyjrzymy się płytkom z węglika krzemu, ich cechom i zastosowaniom.
Charakterystyka płytek z węglika krzemu
Płytka z węglika krzemu (SiC) to cienki kawałek materiału krystalicznego wytwarzany ze związku półprzewodnik, Węglik krzemu. Te dwa elementy w półprzewodnikowym waflu mają atomy połączone ze sobą kowalencyjnie, tworząc sztywną strukturę sieci krystalicznej, o której wiadomo, że jest bardzo stabilna. W swojej istocie ma niezwykłą twardość i zdolność przewodzenia ciepła, utrzymując jednocześnie dobry poziom wydajności w urządzeniach.
Płytki SiC posiadają szeroką przerwę energetyczną (około 3,3 eV), która pozwala urządzeniom, w których są umieszczone, na osiągnięcie najlepszych wyników w wysokich temperaturach i napięciach.
Wafle z węglika krzemu mogą występować w kilku formach, z których główne to formaty 4H-SiC i 6H-SiC stosowane w różnych sektorach, zwłaszcza w przemyśle elektroniki mocy. Struktura sieci krystalicznej wafli jest reprezentowana przez literę H, podczas gdy sekwencja ułożenia atomów w strukturze krystalicznej jest reprezentowana przez liczby 4 i 6.
Te półprzewodnikowe wafle lub podłoża, jak się je czasami nazywa, doskonale przenoszą ciepło z jednego punktu do drugiego, są odporne na utlenianie, zwiększają wydajność, a także są lepsze od wafli krzemowych. Charakteryzują się dużą przewodnością elektryczną; stąd są używane w aplikacjach od pojazdów elektrycznych (EV) po chipy komputerowe, lotnictwo, lasery, diody LED, odbiorniki optyczne, diody Schottky'ego, tranzystory MOSFET, ogniwa słoneczne i układy scalone.
Przy standardowej średnicy od 150 mm do 200 mm i gładkiej konstrukcji, płytki waflowe SiC charakteryzują się lepszymi i szybszymi prędkościami przełączania, mniejszymi rozmiarami i imponującą odpornością na przegrzanie dzięki swojej zdolności do radzenia sobie z wysokimi temperaturami i napięciami.
Domieszkowanie płytek SiC
Aby kontrolować właściwości elektryczne płytek węglika krzemu, z czasem przyjęto proces zwany domieszkowaniem. Polega on na wprowadzaniu zanieczyszczeń do płytek SiC za pomocą różnych technik, takich jak implantacja jonów i domieszkowanie nieruchome podczas wzrostu epitaksjalnego. Te różne techniki z czasem zostały odpowiednio udoskonalone, co doprowadziło do kontrolowanej aktywacji domieszkowania i stężeń. Niektóre z tych domieszek obejmują bogaty w elektrony azot (typu n) i bor, który kontroluje przewodnictwo typu p.
Rodzaje płytek SiC
Istnieją dwa główne typy płytek SiC:
-
Polerowany wafel SiC
-
Krystaliczny wafel SiC epitaksjalny
Polerowany wafel SiC to pojedynczy dysk z węglika krzemu składający się z wysoce oczyszczonych kryształów SiC, stosowanych głównie w elektronice dużej mocy. Są dostępne w rozmiarach średnic od 100 mm do 150 mm.
Z drugiej strony, epitaksjalny krystaliczny typ wafli SiC, zwany również epitaksją typu n, powstaje w wyniku dodania kilku kryształów węglika krzemu do powierzchni. Tutaj grubość materiału jest starannie kontrolowana.
Właściwości płytek z węglika krzemu
Oto niektóre z wyjątkowych cech, które sprawiają, że wafle SiC są wyjątkowe:
1. Efektywne wykorzystanie energii.
2. Trwałość i zdolność do pracy na wysokich częstotliwościach.
3. Możliwość pracy w temperaturach do 200°C.
4. Niskie straty przełączania.
5. Wysoka przewodność cieplna
6. Niższa rozszerzalność cieplna.
7. Duża ruchliwość elektronów i dziur.
8. Silne pole elektryczne przebicia.
9. Imponująca odporność termiczna.
10. Doskonała odporność na utlenianie i trudne warunki.
Porównanie płytek węglika krzemu klasy Prime i Research
Jeśli chodzi o wafle z węglika krzemu, zazwyczaj można wybierać spośród dwóch różnych klas: wafli Sic klasy Prime i Research Grade. Jednak obie klasy mają swoje zalety i wady. Czynniki takie jak koszt nabycia, zastosowanie i defekt gęstości mogą być kluczowe przy podejmowaniu decyzji.
Wafle z węglika krzemu klasy premium
Możesz używać tego typu płytek do zaawansowanych zastosowań, które wymagają bardzo wysokiego poziomu wydajności i niezawodności. Te wysokiej jakości płytki z węglika krzemu mają wysoki poziom czystości i bardzo niski poziom gęstości defektów, co czyni je dobrym wyborem do rozważenia. Ta jakość umożliwia im bardzo dobrą pracę w każdych warunkach, dając Ci mało lub żadnych błędów.
Wafle SiC klasy Prime są bardzo przydatne w sektorach lotnictwa, high-end computing, technologii chipów komputerowych, przetworników mocy i elektroniki mocy. Powodem tego jest to, że w tych sektorach nie ma miejsca na awarie, co sprawia, że ten waf jest droższy w porównaniu z innymi wariantami klasy badawczej.
Charakterystyka - wafle SiC klasy premium:
1. Wafle SiC najwyższej jakości mają zwykle powierzchnię użytkową wynoszącą około 90%.
2. Mają również bardzo niską gęstość defektów.
3. Wafle te posiadają gęstość mikrorurek wynoszącą 5/cm².
4. Wykazują równomierną rezystywność rzędu 90%.
5. Wafle SiC klasy Prime mają najlepsze wartości pod względem całkowitej grubości, wypaczeń i wybrzuszeń, co sprawia, że są wydajnymi i stabilnymi półprzewodnikami.
Płytki z węglika krzemu klasy badawczej
Ten typ wafli zapewnia równowagę między jakością a kosztem. Jeśli chcesz się rozwijać, tworzyć nowe pomysły i innowacje, a może chcesz eksperymentować z projektami półprzewodnikowymi, to wafle SiC klasy badawczej są Twoim wyborem. Te wafle nie zapewniają tak dużej precyzji jak wafle SiC klasy podstawowej, ponieważ mają większą gęstość defektów i większą zmienność.
Chociaż te płytki wciąż mogą zapewnić Ci rozsądną liczbę operacji o wysokim standardzie, są one specjalnie zaprojektowane tak, aby były ekonomiczne i odpowiednie do eksperymentów i mniej krytycznych projektów, takich jak prace naukowe i badawcze.
Charakterystyka - wafle z węglika krzemu klasy badawczej:
1. Te wafle mają powierzchnię użytkową wynoszącą około 80%.
2. Mają również większą gęstość defektów i gęstość mikrorurek wynoszącą 10/cm²
3. Ich jednorodna rezystywność wynosi około 80%.
5. Mają lepszą, ale nie optymalną grubość, wartości wygięć i osnowy.
Widziałeś wyraźnie, że jeśli chodzi o wybór płytek SiC klasy Prime lub Research, najlepszą opcją dla Ciebie jest to, do czego zamierzasz ich używać. Na przykład, jeśli jesteś studentem college'u, który prowadzi badania nad nowym półprzewodnikiem, płytki SiC klasy Research mogą być dla Ciebie najlepszą opcją, ale byłoby inaczej, gdybyś był producentem, który chce produkować zaawansowane aplikacje, w których jest minimalne miejsce na błędy.
Różne sposoby zastosowania płytek SiC
Istnieje kilka obszarów, w których można stosować płytki SiC, obszary te obejmują urządzenia zasilające, takie jak diody Schottky'ego, tranzystory MOSFET. Można je również stosować w optoelektronice, układach scalonych, infrastrukturach bezprzewodowych oraz operacjach lotniczych i wojskowych, takich jak systemy komunikacji satelitarnej i systemy radarowe, systemy energii odnawialnej obejmujące inwertery systemów słonecznych, konwertery turbin wiatrowych, projekty hydroelektryczne itp.
Aktualny międzynarodowy trend i wartość rynkowa Sic Wafers
Jeśli uważnie przyjrzysz się obecnej wartości rynkowej i światowym trendom wafli SiC, zobaczysz, że zastosowania wafli SiC zyskują znaczące fale. Od czasu wynalezienia 5G i rozpoczęcia jego masowej adopcji na całym świecie, popyt na wafle SiC gwałtownie wzrósł.
W 2021 r. wartość rynkowa płytek SiC wzrosła do około $367,8 mln, a obecnie ma bieżącą roczną stopę wzrostu (CAGR) wynoszącą 19,1%. Pomimo spadku o 12,1% w 2020 r. z powodu globalnej pandemii COVID-19, analitycy rynkowi przewidują, że do roku 2029 przekroczy ona $1,4 mld. Co ciekawe, Ameryka Północna stała się wiodącym uczestnikiem rynku płytek z węglika krzemu, podczas gdy Shin-Etsu Chemical pozostaje największym dostawcą płytek SiC na świecie.
Jednakże tutaj w Ceramika GGS, oferujemy doskonałą mieszankę najwyższej jakości i niedrogich płytek SiC, która zaspokoi Twoje potrzeby w zakresie półprzewodników.
Często zadawane pytania
Dlaczego w układach scalonych stosuje się półprzewodniki?
Półprzewodniki stosuje się w układach scalonych ze względu na ich zdolność do prawidłowego sterowania przepływem prądów elektrycznych w układzie, bez konieczności zakłócania ogólnych funkcji układu.
Czym różnią się płytki krzemowe od płytek węglika krzemu?
Wafle z węglika krzemu mają przerwę pasmową dziesięciokrotnie większą niż wafle krzemowe. Oznacza to, że mogą one wytrzymać wyższe temperatury, napięcia, a także lepszą przewodność cieplną niż wafle krzemowe.
Dlaczego wafle półprzewodnikowe są powszechnie stosowane w elektronice?
Płytki półprzewodnikowe są powszechnie stosowane w elektronice, ponieważ mają wrodzoną zdolność przewodzenia przepływu prądu elektrycznego, a także skutecznego kontrolowania go, dzięki czemu mogą służyć jako system sterowania przepływem prądu elektrycznego między komponentami w urządzeniu elektrycznym. Ta szczególna cecha pokazuje również, dlaczego są nadal stosowane w produkcji chipów komputerowych i układów scalonych.
Wniosek
Choć nadal zapewniają wysoką wydajność przy niskich kosztach, płytki z węglika krzemu bezsprzecznie stały się głównym katalizatorem wzrostu przemysłu półprzewodników na całym świecie. Od licznych zastosowań w elektronice mocy po lotnictwo i kosmonautykę oraz kilka innych oszałamiających innowacji, z pewnością pobiją rekordy i wkrótce ustanowią nowe.