giriiş
Silisyum karbür (SiC) yarı iletkenler yarı iletken endüstrisinde daha belirgin hale geldi. Geçmişte, bir yarı iletken ana taban malzemesi olarak silisyum kullanıyordu. Ancak, silisyum karbürün (SiC) piyasaya sürülmesinden bu yana, yarı iletkenler işlevsel olarak daha verimli, dayanıklı ve etkili görünüyor.
Bu makale silisyum karbürün ne olduğu ve neden son zamanlarda yarı iletken endüstrisinde önemli bir element haline geldiği konusunda iyi bir açıklama sunmaktadır.
Silisyum Karbür (SiC) Nedir?
Silisyum karbür (SiC), çoğunlukla imalat endüstrisinde ısıtma elemanları üretmek için kullanılan bir seramik malzemedir. Bu yarı iletken malzemenin ticari adı Karborundum'dur. Bu malzemenin bazı imalat elemanları seramik malzeme pota, brülör nozulları ve kızak yatakları üretmek için kullanılır.
SiC'den üretilen diğer elementler arasında aşınma parçaları, sızdırmazlık halkaları, ısı eşanjörleri ve sinterleme yardımcıları bulunur. Bu nedenle, büyük soruyu cevaplamak gerekirse, "Neden yarı iletkenlerde SiC son zamanlarda benimsendi?" Bunun nedeni, silisyum karbür yarı iletkenlerin daha yüksek elektron hareketliliği ve daha yüksek termal iletkenlik sunması ve tüm bunların yanı sıra daha düşük güç kayıpları sağlamasıdır.
SiC Katkılaması
SiC ve geniş bant aralıklarına sahip diğer yarı iletken malzemelerin karşılaştırılması, SiC'nin daha yüksek konsantrasyonlarda geniş katkı maddeleriyle başa çıktığını göstermektedir. Bunun iyon implantasyonu veya yerinde katkılama yoluyla olma olasılığının yüksek olduğunu bilmek ilginizi çekebilir.
Çoğu durumda, SiC'nin dopingi fosfor ve azot gibi donör tipi safsızlıkları kullanır. Galyum, bor ve alüminyum gibi alıcı tipi safsızlıklar da elektriğin iletimini artırmak için yaygın olarak kullanılır. Azot, Karbon'un yerine geçerken, silikon, SiC kafesinde bor, alüminyum ve fosfor ile ikame edilir.
Azotla katkılandığında, SiC bir n tipi yarı iletken üretir. Bu arada, bir p tipi yarı iletken bor, alüminyum ve fosforla katkılamanın sonucudur. Bu yarı iletken malzemenin kafes parametresi, katkılama yoğunluğuna ve katkı maddesine bağlı olarak değişme eğilimindedir.
Kafes parametresinde değişikliklere neden olan bir diğer faktör de kristallerin oluşumuna izin veren sıcaklıktır. SiC azotla katkılandığında, kafesin daralması gözlemlenir. Buna karşılık, alüminyumla katkılama yapıldığında genellikle kafesin genişlemesi söz konusudur.
Doping nedeniyle kafeste oluşan uyumsuzluktan kaynaklanan kafes gerilimi kritik bir faktördür. Özellikle cihaz imalatı sırasında, özellikle hetero yapı oluşumu aşamasında önemlidir.
Silisyum Karbürün (SiC) Özellikleri
Silisyum karbür, bulabileceğiniz en sert ve en hafif seramik malzemedir. Silisyumun karbonla birleştirilmesiyle elde edilen bir bileşiktir ve asitlere ve alkalilere karşı dayanıklıdır. Ayrıca, SiC, onu uygun bir yarı iletken malzeme yapan çeşitli kimyasal, mekanik ve termal özelliklerden oluşur.
Bu özellikler arasında içsel gövde diyotu (MOSFET cihazı), yüksek enerji verimliliği, düşük anahtarlama ve güç kayıpları ve düşük termal genleşme bulunur. Diğerleri arasında olağanüstü termal şok direnci ve yaklaşık 200℃'de çalışmasına izin veren yüksek bir çalışma sıcaklığı ve frekansı bulunur.
Ek olarak, soğutma gereksinimlerinde azalma sağlayan mükemmel termal yönetim özelliklerine sahiptir. Tüm bu özellikler, SiC diyotların ve transistörlerin etkinliklerini ve güvenilirliklerini kaybetmeden çalışmasını mümkün kılar.
Yarıiletkenlerde Silisyum ve Silisyum Karbür Arasındaki Karşılaştırma
Silisyum karbür yarı iletkenlerin silisyum yarı iletkenlere göre sahip olduğu bir avantaj, elektrik alanı bozulmasının gücüdür. SiC yarı iletkenlerindeki elektrik alanı bozulmasının gücü, bir silisyum yarı iletkeninkinin 10 katıdır. Bu nedenle, silisyum karbür kullanan bir yarı iletken, yüksek güçlü cihazların son derece yüksek voltajlarını yapılandırabilir.
SiC yarı iletkenleri daha ince sürüklenme katmanlarına ve yüksek safsızlık konsantrasyonlarına sahiptir. Bu özellikler, 600V ile bin voltun üzerindeki voltajları idare etme yeteneğini kolaylaştırır. Ek olarak, bir SiC yarı iletkeni birim alan başına son derece düşük bir AÇIK direncinden oluşur. Bu düşük AÇIK direnci, yüksek voltajlara dayanma yeteneğini de destekler.
Ayrıca, silisyum karbür yarı iletkenlerin alan başına sürüklenme katmanı direnci 300 kat azaltılabilir. Yani, aynı voltaj seviyesine maruz kaldıklarında silisyum yarı iletkenlerle karşılaştırıldığında. Tipik olarak, silisyum yarı iletkenler, AÇIK direncindeki artışı en aza indirmek için IGBT'ler gibi azınlık taşıyıcılarla desteklenmelidir.
Ancak, bu Yalıtım Kapılı Bipolar Transistörler (IGBT'ler) silikon yarı iletkenler için taşıyıcı aygıtlar olarak kullanıldığında, anahtarlama kayıpları artar. Sonuç olarak, daha fazla ısı üretilir ve yüksek frekanslı işlemler sınırlanır.
Öte yandan, SiC yarı iletkenleri yüksek voltajlara dayanmak için çoğunluk taşıyıcı aygıtlar (MOSFET ve Schottky bariyer diyot) kullanır. Yüksek voltajlara dayanırken aynı anda yüksek hızlı aygıt yapımını ve yüksek hızlı işlemleri kolaylaştırmak için daha düşük AÇIK direnci kullanır.
Silisyum karbür yarı iletkenler ayrıca daha geniş bir bant aralığına sahiptir (silisyum yarı iletkenin 3 katı). Bu sayede güç cihazlarının daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına ve uygulanabilirliğin önemli bir düzeye genişletilmesine olanak sağlar.
SiC Yarı İletkenlerin Kullanımları
Yüksek verimli ve yüksek güç uygulamalarında kullanılan modülleri çalıştırmak için silikon karbür yarı iletkenleri kullanabilirsiniz. FET/MOSFET transistörleri ve Schottky diyotları gibi silikon karbür yarı iletkenler, güç kaynağı için çoğu cihazın bileşenleridir. Bunlara pil şarj cihazları, dönüştürücüler, motor kontrol sistemleri ve invertörler dahildir.
Silisyum bazlı yarı iletkenlerin voltaj sınırı 900V'tur. Ancak bu, bir SiC yarı iletkeni için geçerli değildir. Bunların nasıl farklılaştığını görmek ister misiniz?
Silisyum karbür yarı iletkenler 10kV'a kadar çıkan voltajları idare edebilir. Ek olarak, düşük anahtarlama kayıpları yüksek çalışma frekanslarını destekler ve daha da yüksek verimlilikler elde etmesini sağlar.
SiC yarı iletkenlerinin invertörlerde ve dönüştürücülerde uygulanması sistem kayıplarını yaklaşık oranında düşürebilir. Ayrıca boyutu 0 ve sistemin genel maliyetini oranında düşürür. Genel sistem boyutunu düşürme yeteneği, SiC yarı iletkenlerinin uzaya duyarlı uygulamalardaki kullanışlılığını vurgular.
Güncel Silisyum Karbür Piyasası Trendleri
SiC cihazlarının üretimi kayda değer ilerlemeler kaydediyor. Bunu, SiC alt tabakalarının kalitesinde ve silisyum karbür kullanımını kolaylaştırmak için epitaksi sürecinde fark edeceksiniz. Mikro borular ve lekeler de dahil olmak üzere belirli SiC alt tabaka kusurlarını düzeltmek için araştırmacılar tarafından aktif çaba sarf ediliyor.
Düzeltilen diğer alt tabaka kusurları arasında kristal yığınlama hataları, yüzey parçacıkları ve SiC cihaz performansını düşüren çizikler yer alır. Bu kusurların daha yüksek yoğunluğuna, daha büyük SiC gofretlerde bile tutarlı alt tabaka kalitesini koruma çabalarıyla karşı konulmuştur.
Ancak bu ilerlemelerin uygulanması, diğer SiC aygıtlarının yanı sıra SiC yarı iletkenlerinin kalitesini, güvenilirliğini ve maliyet etkinliğini artıracaktır. Bu da SiC pazarı için çeşitli büyüme fırsatları yaratacaktır. SiC aygıtlarında ve teknolojisinde daha fazla ilerleme, daha büyük gofretler oluşturmaya doğru bir kaymayı içermektedir.
Ayrıca, daha büyük yongaların geliştirilmesi, yüksek teknolojili SiC cihazlarının daha fazla benimsenmesi ve uygulanması anlamına geliyor. güç elektroniği ve uygulamaları. Ayrıca EV/HEV güç aktarma organlarında SiC MOSFET'lere olan talebin artması için de potansiyel barındırıyor.
Silisyum Karbürün Uygulamaları
Bu seramik malzemeyi hangi alanlarda uygulayabileceğinizi merak ediyorsanız, daha fazla aramayın. Malzemenin sertliği onu çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir. Yarı iletkenlerin yanı sıra, SiC elektrikli araçlar, elektronik ve fototonik, havacılık ve askeriye için de geçerlidir.
Silisyum karbür bileşenlerinin geleneksel alanlara da uygulandığının farkında mısınız? Bunlara aşındırıcılar, kesici takımlar ve refrakter malzemeler de dahildir. Ayrıca SiC'nin bir bileşen olarak önemli bir rol oynadığını göreceksiniz otomotiv parçaları - frenler ve debriyajlar.
Kurşun geçirmez yelek veya vücut zırhı üreticisi misiniz? Ürünleriniz için kaliteli SiC malzemelerini burada web sitemizde orduya katkıda bulunacak şekilde bulun. Silisyum karbürün kozmik radyasyona karşı direnci onu havacılık endüstrisi için mükemmel bir malzeme yapar.
Ayrıca SiC'nin roket nozullarının üretiminde kullanıldığını bilmek ilginizi çekecektir. Roket itkileri sırasında, roket nozulu genellikle yoğun ısıya maruz kalır. Malzeme ısıyı tutamazsa, tüm işlem başarısız olur.
Ayrıca yenilenebilir enerji sistemlerinde enerji verimliliğini artırmak için kullanılırlar. Ayrıca SiC tabanlı cihazların yüksek güçlü RF uygulamalarında kullanıldığını da bilmelisiniz.
Teknoloji endüstrisinde de özellikle 5G teknolojisinin geliştirilmesiyle birlikte çok sayıda yaklaşan gelişme var. 5G ağlarının sorunsuz bir şekilde çalışması için yüksek frekanslarda çalışan yüksek güçlü RF uygulamalarına ihtiyaç vardır.
Bu nedenle, 5G teknolojisinin benimsenmesindeki artışın ardından silisyum karbüre olan talebin arttığını fark etmeniz kaçınılmazdır.
Silisyum Karbür Piyasa Değeri
Diğer gözenekli ve tekstil seramik malzemeler arasında en kaliteli silisyum karbürü bulabilirsiniz GGS seramikleri. Her SiC'nin fiyatını belirleyen birkaç faktör vardır, bunlar arasında grit, tip, ağ, miktar ve piyasa koşulları bulunur. Ancak, bizden silisyum karbür satın alarak paranızın karşılığını alırsınız. Bugün bir Soruşturma göndermekten çekinmeyin.
Sıkça Sorulan Sorular (SSS)
SiC Yüksek Frekanslarda IGBT'den Daha İyi Performans Gösterebilir mi?
Evet. SiC, yüksek frekanslarda yalıtımlı kapılı Bipolar Transistörlerden (IGBT'ler) daha iyi performans gösterebilir. IGBT'ler geçmişte silikon yarı iletkenler için ON direncindeki artışı bastırmak için küçük taşıyıcılar olarak kullanılmıştır. Ancak, araştırmacılar silikon karbür yarı iletkenlerin bir özellik olarak doğal olarak düşük ON direncine sahip olduğunu keşfettiklerinde SiC'ye geçiş yapılmıştır.
SiC Yüksek Voltajlara Neden Dayanabilir?
Silisyum karbür yarı iletkenlerin yüksek voltajları kaldırabilmesinin nedeni elektrik alanı bozulma mukavemetleridir. Silisyum yarı iletkenlerin elektrik alanları için dielektrik bozulma yoğunluğuyla karşılaştırıldığında, SiC aygıtlarının mukavemeti 10 kat daha yüksektir. Bu nedenle, SiC yarı iletkenler 600V'tan bin voltun üzerine kadar değişen daha yüksek voltajlara dayanır.
SiC Ters Kurtarma Süresi Si ile Karşılaştırıldığında Nasıldır?
SiC MOSFET gövde diyotu, değerlerin ihmal edilebilir derecede küçük olduğu son derece hızlı bir ters kurtarma süresine (trr) sahiptir. Enerji kaybı (Err) da Si MOSFET ile karşılaştırıldığında önemli bir düzeye düşürülmüştür.
Çözüm
SiC yarı iletkenler yarı iletken endüstrisinde hızla oyunun kurallarını değiştiriyor ve bu eğilime ne kadar erken uyum sağlarsanız, faydalarını o kadar hızlı görürsünüz. Diğer birçok faydanın yanı sıra, SiC silikon yarı iletkenlere kıyasla daha fazla ısıya dayanabilir ve bu da onu kullanım için daha güvenilir bir malzeme haline getirir.