Enterszilícium-karbid anyagokhoz

A szilícium-karbid (SiC), mint szervetlen anyag, 1:1 arányban szénből és szilíciumból áll, és egyedülálló Si-C tetraéderes szerkezettel rendelkezik. Ez a szerkezet kiváló fizikai és kémiai tulajdonságokat biztosít a szilícium-karbidnak, például nagy keménységet, nagy termikus stabilitást és széles sávszélességet. A szilícium-karbid sávszélessége eléri a 3,26 eV-ot, ami majdnem háromszorosa a szilíciuménak, ami lehetővé teszi, hogy magasabb hőmérsékleten is stabil maradjon, és nagyobb a letörési elektromos térerőssége.

Szilícium-karbid anyagok készítése

A szilícium-karbid anyagok előállítása elsősorban gázfázisú, folyadékfázisú és szilárd fázisú eljárást foglal magában. Közülük a fizikai gőzszállítási módszer (PVT) és a kémiai gőzleválasztási módszer (CVD) a fő módszer a kiváló minőségű SiC egykristályok előállítására. A PVT módszer a SiC forrásport magas hőmérsékleten szublimálja, majd kondenzálódik és kiváló minőségű SiC egykristályokat növeszt a magkristály felületén. A CVD módszerrel ultrafinom és nagy tisztaságú SiC port nyernek magas hőmérsékletű gázreakcióval. Ezen túlmenően a szol-gél módszer és a felső magoldat-tenyésztési módszer (TSSG) szintén általánosan használt előállítási módszerek.

Szilícium-karbid anyagok alkalmazása

A SiC anyagokat kiváló teljesítményüknek köszönhetően számos területen széles körben alkalmazzák.

‌Tápfeszültségű eszközök‌: A szilícium-karbid anyagok jelentős előnyökkel rendelkeznek a teljesítményelektronika területén. Például az elektromos járművek invertereiben és töltőcölöpöiben a szilícium-karbid erőgépek csökkenthetik a csomagolás méretét, csökkenthetik a veszteségeket és javíthatják az átalakítási hatékonyságot. Az olyan jól ismert autógyártók, mint a Tesla és a BYD, már használtak szilícium-karbid eszközöket elektromos járműveikben. Ezenkívül a szilícium-karbid eszközöket széles körben használják a fotovoltaikus inverterekben és a vasúti szállításban is, ami javíthatja a rendszer általános hatékonyságát.

‌RF eszközök‌: A katonai és kommunikációs területen a szilícium-karbid alapú gallium-nitrid rádiófrekvenciás eszközök olyan rendszerek központi elemévé váltak, mint az 5G mobilkommunikációs rendszerek és az új generációs aktív fázisú radarok. Jó hővezető képességének, nagy frekvenciájának és nagy teljesítményű előnyeinek köszönhetően a szilícium-karbid anyagok széles körű alkalmazási lehetőségeket kínálnak az RF eszközök területén.

‌Gyorstöltő‌: A szilícium-karbid készülékek ideális választásnak tekinthetők az új generációs teljesítményeszközökhöz, kiváló magas hőmérséklet-állóságuk, alacsony veszteségük és nagy hatékonyságuk miatt. Például a szilícium-karbid diódákat, mint például a Tyco Tianrun G3S06505C és G5S6504Z, széles körben használják kapcsolóüzemű tápegységekben, PFC-tényező korrekcióban, motorhajtásokban, inverterekben és más forgatókönyvekben.

‌Légiközlekedés‌: A szilícium-karbid részecske-erősítésű alumínium alapú kompozitok áttörést jelentő alkalmazásokat értek el a repülőgépiparban is. Például az F16-os vadászgép hasi bordájában és az Eurocopter új helikopter-rotorrendszerében a szilícium-karbid részecske-erősítésű alumínium alapú kompozitok jelentősen javítják az alkatrészek merevségét és élettartamát.

A szilícium-karbid-ipar piac mérete és fejlődési tendenciája

A Yole adatai szerint a szilícium-karbamid elektromos eszközök globális piacának mérete a 2021-es 1,09 milliárd dollárról 2027-re 6,297 milliárd dollárra fog nőni, éves 34%-os növekedési ütem mellett. Ugyanakkor a szilícium-karbid alapú gallium-nitrid rádiófrekvenciás eszközök piaca tovább fog növekedni. A kínai piacon a szilícium-karbid és gallium-nitrid teljesítményelektronikai eszközök piacának mérete várhatóan közel 30 milliárd jüanra fog növekedni, 45%-os összetett éves növekedési ütem mellett.

Kihívások és lehetőségek a szilícium-karbid iparban

Bár a szilícium-karbid anyagoknak számos előnye van, előállításuk és alkalmazásuk még mindig kihívásokkal néz szembe. Például a szilícium-karbid szubsztrátumok előkészítési technológiája nehézkes, és a kihozatali arányt javítani kell; a szilícium-karbid eszközök gyártási költsége magas, és a piaci promóció még erőfeszítéseket igényel. A technológia folyamatos fejlődésével és a piac folyamatos bővülésével azonban a szilícium-karbid-ipar további fejlesztési lehetőségeket nyit meg. A szilícium-karbid anyagokat a jövőben több területen használják majd, új életerőt kölcsönözve a félvezetőipar fejlődésének.