Hiểu được kiếp trước của cacbua silic!

Cacbua silic (SiC) được nung chảy ở nhiệt độ cao trong lò điện trở sử dụng cát thạch anh, than cốc dầu mỏ (hoặc than cốc) và dăm gỗ làm nguyên liệu thô. Cacbua silic cũng tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng chất quý hiếm, moissanite. Cacbua silic còn được gọi là moissanite. Trong số các nguyên liệu thô chịu lửa công nghệ cao không chứa oxit hiện nay như C, N và B, cacbua silic là loại được sử dụng rộng rãi và tiết kiệm nhất. Nó có thể được gọi là cát nhám hoặc cát chịu lửa.

1. Cuộc sống quá khứ và hiện tại của silic cacbua
Do đặc tính hóa học ổn định, độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và khả năng chống mài mòn tốt, cacbua silic còn có nhiều ứng dụng khác ngoài việc được sử dụng làm chất mài mòn, chẳng hạn như phủ bột cacbua silic bằng quy trình đặc biệt lên thành trong của cánh quạt tuabin hoặc khối xi lanh, nó có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ sử dụng lên gấp 1 đến 2 lần; vật liệu chịu lửa tiên tiến được làm từ nó có khả năng chống sốc nhiệt, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, độ bền cao và có tác dụng tiết kiệm năng lượng tốt. Cacbua silic cấp thấp (chứa khoảng 85% SiC) là chất khử oxy tuyệt vời. Nó có thể tăng tốc độ sản xuất thép, tạo điều kiện kiểm soát thành phần hóa học và cải thiện chất lượng thép. Ngoài ra, cacbua silic cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thanh cacbua silic cho các bộ phận làm nóng bằng điện.
Cacbua silic rất cứng, có độ cứng Mohs là 9,5, chỉ đứng sau kim cương cứng nhất thế giới (cấp 10). Nó có tính dẫn nhiệt tuyệt vời, là chất bán dẫn và có thể chống lại quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao.

2. Đặc tính ưu việt của thiết bị cacbua silic
Cacbua silic (SiC) hiện là vật liệu bán dẫn có dải rộng trưởng thành nhất. Các nước trên thế giới rất coi trọng việc nghiên cứu SiC và đã đầu tư rất nhiều nhân lực và vật lực để tích cực phát triển. Hoa Kỳ, Châu Âu, Nhật Bản, v.v. không chỉ Các kế hoạch nghiên cứu tương ứng đã được xây dựng ở cấp quốc gia, và một số gã khổng lồ điện tử quốc tế cũng đã đầu tư mạnh vào việc phát triển các thiết bị bán dẫn cacbua silic.
So với silicon thông thường, các thành phần sử dụng silicon cacbua có các đặc điểm sau:

Đặc tính điện áp cao:
Các thiết bị cacbua silic có điện trở gấp 10 lần các thiết bị silicon tương đương.
Điện trở của ống Schottky silicon cacbua có thể đạt tới 2400V.
Các ống hiệu ứng trường cacbua silic có thể chịu được điện áp hàng chục nghìn vôn và điện trở ở trạng thái của chúng không lớn lắm.

Đặc tính tần số cao:

Đặc tính nhiệt độ cao:
Ngày nay, khi vật liệu Si gần đạt đến giới hạn hiệu suất lý thuyết, các thiết bị nguồn SiC luôn được coi là "thiết bị lý tưởng" và rất được mong đợi vì điện áp chịu được cao, tổn hao thấp, hiệu suất cao và các đặc tính khác. Tuy nhiên, so với các thiết bị vật liệu Si trước đây, sự cân bằng giữa hiệu suất và giá thành của các thiết bị nguồn SiC cũng như nhu cầu về công nghệ cao của chúng sẽ trở thành chìa khóa quyết định liệu các thiết bị nguồn SiC có thực sự trở nên phổ biến hay không.

Hiện tại, các thiết bị cacbua silic công suất thấp đã bước vào giai đoạn sản xuất thiết bị thực tế từ phòng thí nghiệm. Hiện nay, giá của tấm silicon cacbua vẫn còn tương đối cao và chúng cũng có nhiều khuyết điểm. Thông qua nghiên cứu và phát triển liên tục, người ta kỳ vọng rằng các thiết bị cacbua silic sẽ thống trị thị trường thiết bị điện vào khoảng năm 2010. Nhưng thực tế không phải vậy.

3. Tình hình phát triển hiện nay của các thiết bị cacbua silic là gì?
1. Thông số kỹ thuật: Ví dụ, điện áp của diode Schottky tăng từ 250 volt lên hơn 1,000 volt, diện tích chip nhỏ hơn nhưng cường độ dòng điện chỉ vài chục ampe. Nhiệt độ hoạt động được tăng lên 180 độ, khác xa so với mức 600 độ ban đầu. Việc giảm điện áp thậm chí còn không đạt yêu cầu, nó không khác gì vật liệu silicon và mức giảm điện áp chuyển tiếp cao phải đạt tới 2V.
2. Giá thị trường: gấp khoảng 5 đến 6 lần so với giá sản xuất vật liệu silicon.

4. Những khó khăn trong việc phát triển cacbua silic là gì (thiết bị SiC)?Vấn đề trong quá trình phát triển thiết bị cacbua silic không phải là thiết kế nguyên lý của chip, đặc biệt là thiết kế cấu trúc chip. Không khó để giải quyết nó. Khó khăn nằm ở việc hiện thực hóa quy trình sản xuất cấu trúc chip. Ví dụ như sau: 1. Mật độ khuyết tật micropipe của tấm silicon cacbua. 2. Hiệu suất của quá trình epiticular thấp. 3. Quá trình doping có những yêu cầu đặc biệt.

4. Sản xuất tiếp xúc ohmic. 5. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu đỡ.

Trên đây chỉ là một vài ví dụ chứ không phải tất cả. Vẫn còn nhiều vấn đề về quy trình không có giải pháp lý tưởng, chẳng hạn như quy trình đào rãnh bề mặt bán dẫn cacbua silic, quy trình thụ động đầu cuối và tác động của trạng thái giao diện của lớp oxit cổng đến độ ổn định lâu dài của các thiết bị MOSFET cacbua silic. Ngành công nghiệp vẫn chưa đạt được sự đồng thuận? Các kết luận nhất quán, v.v., đã cản trở đáng kể sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị năng lượng cacbua silic.

5. Tổng quan về phát triển các lĩnh vực ứng dụng chính của cacbua silic

Hiện nay, thế hệ vật liệu bán dẫn thứ ba đang gây ra cuộc cách mạng về năng lượng sạch và thế hệ công nghệ thông tin điện tử mới. Cho dù đó là hệ thống chiếu sáng, thiết bị gia dụng, thiết bị điện tử tiêu dùng, phương tiện sử dụng năng lượng mới, lưới điện thông minh hay vật tư quân sự, những chất bán dẫn hiệu suất cao này đều là Vật liệu đang có nhu cầu lớn. Theo sự phát triển của chất bán dẫn thế hệ thứ ba, các ứng dụng chính của nó là chiếu sáng bán dẫn, thiết bị điện tử công suất, tia laser và máy dò và bốn lĩnh vực khác.
1. Chiếu sáng bán dẫn
Trong số bốn lĩnh vực ứng dụng, ngành chiếu sáng bán dẫn phát triển nhanh nhất và hình thành quy mô ngành hàng chục tỷ USD.
2. Thiết bị điện tử công suất
Trong lĩnh vực điện tử công suất, việc ứng dụng chất bán dẫn có dải tần rộng mới bắt đầu và quy mô thị trường chỉ vài trăm triệu đô la Mỹ. Ứng dụng của nó chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thiết bị quân sự tiên tiến và đang dần mở rộng sang lĩnh vực dân sự.
3. Laser và máy dò
Trong lĩnh vực ứng dụng laser và máy dò, laser dựa trên GaN có thể bao phủ dải phổ rộng và hiện thực hóa việc sản xuất laser xanh lam, xanh lục và tia cực tím cũng như phát hiện tia cực tím.
4. Các ứng dụng khác
Trong lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến, chất bán dẫn vùng cấm rộng có thể được sử dụng trong pin mặt trời, cảm biến sinh học, phương tiện sản xuất hydro gốc nước và các ứng dụng mới nổi khác. Hiện tại, những lĩnh vực nóng này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong phòng thí nghiệm.