Saage aru ränikarbiidi eelmisest elust!

Ränikarbiidi (SiC) sulatatakse kõrgel temperatuuril takistusahjus, kasutades toorainena kvartsliiva, naftakoksi (või kivisöekoksi) ja puiduhaket. Ränikarbiid esineb looduses ka haruldase mineraalina moissaniit. Ränikarbiidi nimetatakse ka moissaniidiks. Kaasaegsete mitteoksiidide kõrgtehnoloogiliste tulekindlate toorainete, nagu C, N ja B, hulgas on ränikarbiid kõige laialdasemalt kasutatav ja ökonoomsem. Seda võib nimetada smirgelliivaks või tulekindlaks liivaks.

1. Ränikarbiidi minevik ja praegune eluiga
Tänu oma stabiilsetele keemilistele omadustele, kõrgele soojusjuhtivusele, väikesele soojuspaisumistegurile ja heale kulumiskindlusele on ränikarbiidil peale abrasiivina kasutamise veel palju muid kasutusviise, näiteks ränikarbiidi pulbri katmine spetsiaalse protsessiga siseseinale. turbiini tiivik või silindriplokk, võib see parandada kulumiskindlust ja pikendada selle kasutusiga 1–2 korda; sellest valmistatud täiustatud tulekindel materjal on termošokikindel, väikese suurusega, kerge, kõrge tugevusega ja hea energiasäästuefektiga. Madala kvaliteediga ränikarbiid (sisaldab umbes 85% SiC) on suurepärane deoksüdeerija. See võib kiirendada terase tootmist, hõlbustada kontrolli keemilise koostise üle ja parandada terase kvaliteeti. Lisaks kasutatakse ränikarbiidi laialdaselt ka elektriliste kütteelementide ränikarbiidi varraste tootmisel.
Ränikarbiid on väga kõva, Mohsi kõvadusega 9,5, jäädes alla ainult maailma kõvemale teemandile (tase 10). Sellel on suurepärane soojusjuhtivus, see on pooljuht ja talub kõrgetel temperatuuridel oksüdeerumist.

2. Ränikarbiidist seadmete soodsad omadused
Ränikarbiid (SiC) on praegu kõige küpsem lairiba-pooljuhtmaterjal. Riigid üle maailma tähtsustavad ränikarbiidi uurimist väga ning on panustanud aktiivsesse arendusse palju tööjõudu ja materiaalseid ressursse. Ameerika Ühendriigid, Euroopa, Jaapan jt ei ole ainult Vastavad uurimisplaanid on koostatud riiklikul tasandil ning ränikarbiidist pooljuhtseadmete arendamisse on suuri investeeringuid teinud ka mõned rahvusvahelised elektroonikahiiud.
Võrreldes tavalise räniga on ränikarbiidi kasutavatel komponentidel järgmised omadused:

Kõrgepinge omadused:
Ränikarbiidist seadmed on 10 korda suuremad kui samaväärsete räniseadmete pingetakistus.
Ränikarbiidist Schottky torude pingetakistus võib ulatuda 2400 V-ni.
Ränikarbiidist väljaefektiga torud taluvad kümnete tuhandete voltide pingeid ja nende sisselülitatud olekutakistus pole kuigi suur.

Kõrgsageduslikud omadused:

Kõrge temperatuuri omadused:
Tänapäeval, kui Si materjalid on teoreetilise jõudluse piiri lähedal, on SiC toiteseadmeid alati peetud "ideaalseteks seadmeteks" ja need on kõrge vastupidavuse, väikese kadu, kõrge efektiivsuse ja muude omaduste tõttu väga oodatud. Võrreldes varasemate Si-materjalist seadmetega, muutub tasakaal ränikarbiidi toiteseadmete jõudluse ja kulude ning nende kõrgtehnoloogia nõudluse vahel siiski võtmeks, kas ränikarbiidi toiteseadmed saavad tõeliselt populaarseks.

Praeguseks on väikese võimsusega ränikarbiidist seadmed jõudnud laborist praktiliste seadmete tootmisetappi. Praegu on ränikarbiidist vahvlite hind veel suhteliselt kõrge ja neil on ka palju defekte. Pideva uurimis- ja arendustegevuse tulemusena eeldatakse, et ränikarbiidist seadmed hakkavad umbes 2010. aastaks elektriseadmete turul domineerima. Kuid see pole nii.

3. Milline on ränikarbiidist seadmete praegune arenguolukord?
1. Tehnilised parameetrid: Näiteks Schottky dioodi pinge tõuseb 250 voltilt üle 1,000 volti, kiibi pindala on väiksem, kuid voolutugevus on vaid mõnikümmend amprit. Töötemperatuur tõstetakse 180 kraadini, mis on kaugel 600 kraadi kasutuselevõtust. Pingelangus on veelgi ebarahuldavam, see ei erine ränimaterjalist ja kõrge päripingelang peab ulatuma 2 V-ni.
2. Turuhind: umbes 5–6 korda kõrgem kui ränimaterjalide valmistamise hind.

4. Millised on raskused ränikarbiidi väljatöötamisel (SiC ) seadmed?Ränikarbiidist seadmete väljatöötamise probleem ei seisne kiibi põhimõttelises disainis, eriti kiibi struktuuris. Selle lahendamine pole keeruline. Raskus seisneb kiibi struktuuri tootmisprotsessi realiseerimises. Näited on järgmised: 1. Ränikarbiidplaatide mikrotoru defektide tihedus. 2. Epitaksiaalse protsessi efektiivsus on madal. 3. Dopinguprotsessil on erinõuded.

4. Ohmilise kontakti tootmine. 5. Tugimaterjalide temperatuurikindlus.

Ülaltoodud on vaid mõned näited, mitte kõik. Endiselt on palju protsessiprobleeme, millel pole ideaalseid lahendusi, nagu ränikarbiidi pooljuhtide pinna kaeveprotsess, terminali passiveerimisprotsess ja paisu oksiidikihi liidese oleku mõju ränikarbiidi MOSFET-seadmete pikaajalisele stabiilsusele. Kas tööstus on juba jõudnud üksmeelele? Järjekindlad järeldused jne on ränikarbiidi jõuseadmete kiiret arengut suuresti takistanud.

5. Ränikarbiidi peamiste kasutusvaldkondade arendusülevaade

Praegu põhjustab pooljuhtmaterjalide kolmas põlvkond revolutsiooni puhtas energias ja uue põlvkonna elektroonilises infotehnoloogias. Olenemata sellest, kas tegemist on valgustuse, kodumasinate, olmeelektroonika, uute energiasõidukite, nutikate võrkude või sõjavarustusega, on need suure jõudlusega pooljuhid Materjalid on väga nõutud. Vastavalt kolmanda põlvkonna pooljuhtide arengule on selle peamised rakendused pooljuhtvalgustus, jõuelektroonikaseadmed, laserid ja detektorid ning veel neli valdkonda.
1. Pooljuhtvalgustus
Neljast kasutusvaldkonnast on pooljuhtvalgustite tööstus kõige kiiremini arenenud ja moodustanud kümnetest miljarditest dollaritest ulatuva skaala.
2. Toiteelektroonilised seadmed
Jõuelektroonika vallas on just alustatud lairibaga pooljuhtide rakendamist ning turu suurus on vaid paarsada miljonit USA dollarit. Selle rakendus on koondunud peamiselt sõjalise tippvarustuse valdkonda ja laieneb järk-järgult ka tsiviilvaldkonnale.
3. Laserid ja detektorid
Laseri- ja detektorirakenduste valdkonnas võivad GaN-põhised laserid katta laia spektrivahemikku ja teostada siniste, roheliste ja ultraviolettlaserite tootmist ning ultraviolettkiirguse tuvastamist.
4. Muud rakendused
Tipptasemel teadusuuringute valdkonnas saab laia ribalaiusega pooljuhte kasutada päikesepatareides, biosensorites, veepõhistes vesiniku tootmiskeskkondades ja muudes uutes rakendustes. Praegu on need kuumad alad veel laboriuuringute ja arendusjärgus.