Vad gör kiselkarbid transparent?

Kiselkarbid är ett extremt hårt syntetiskt material som ofta används för slipmedel och metallurgiska tillämpningar och har samma Mohs-hårdhetsgrad som diamant, vilket gör det till ett av de hårdaste material som finns.

Transparent och ledande mikrokristallin (mc) SiC är ett utmärkt material för fönsterskikt i tunnfilmssolceller och erbjuder större transparens än standardmaterial i form av transparent ledande oxid (TCO).

Optisk genomskinlighet

Optiskt transparenta material har egenskapen att fritt släppa igenom ljus. Denna egenskap är viktig i många tillämpningar, i synnerhet dielektriska material som isolatorer som hanterar elektriska fält genom att absorbera eller reflektera inkommande energi. En films transparens beror på dess tjocklek, brytningsindex och materialets struktur - material med lågt brytningsindex tenderar att producera tunnare filmer som är mer transparenta; omvänt kommer högre brytningsindex att skapa tjockare filmer som blir opaka med tiden.

Kiselkarbid är transparent, vilket gör det till ett utmärkt materialval för dielektriska tillämpningar. Dessutom bidrar dess kristallina natur till att förbättra transparensen genom att begränsa ljusspridningen som orsakas av atomära defekter - vilket gör det lämpligt för optiska komponenter och displayer som kräver hög prestandaeffektivitet.

Passiverande kiselkarbidkontakter (TPC) kan fungera som frontkontakter i kristallina kiselsolceller i stället för amorft kisel, där deras TPC består av ett tunnelskikt av kiseloxid och två eller flera icke-ledande kiselkarbid:H(n)-skikt som kan deponeras vid olika temperaturer beroende på ledningsförmåga, krav på ytpassivering, krav på optisk transparens etc.

Som elektrongenomskinliga fönster för transmissionselektronmikroskopi (TEM) erbjuder amorf och lågspänd kiselnitrid flera tydliga fördelar jämfört med sina konventionella motsvarigheter; mer specifikt erbjuder a-SiCx-fönster mycket genomskinliga bilder med en upplösning på ned till 0,12 nm med överlägsen motståndskraft mot skador från elektronstrålar.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbidens värmeledningsförmåga kan mätas med hjälp av dess bandgapsbredd, som avgör hur mycket energi som måste passera genom materialet för att det ska fungera. Denna egenskap är särskilt viktig i transparenta material som låter synligt ljus passera obehindrat. När bandgapet blir bredare krävs mer energi för att passera.

SiC:s breda bandgap gör det till ett utmärkt fönsterskikt i solceller, som kan ersätta traditionella tenn-kopparoxidmaterial (TCO). SiC används också ofta i elektroniska apparater som kräver höga temperaturer eller hög effekt, t.ex. för att tillverka halvledare som lysdioder eftersom det tål höga spänningar utan att splittras; dess kemikaliebeständighet är också värdefull i medicinska tillämpningar.

Kemisk förångningsdeposition under lågt tryck användes för att deponera icke-stökiometriska amorfa kiselkarbidskikt som karakteriserades av låg ellipsometer, quasi steady state fotokonduktivitet, ytprofilering och transmissionselektronmikroskopi (TEM). Resultaten visar mycket enhetliga och kontinuerliga skikt med dragspänning och kemisk inertitet samt etsningsbeständighet med låg grovhet. Vidare visade en EDX-linjeprofil att dessa a-SiCx-skikt bestod av Si, kol (C), syre (O) och små mängder klor (Cl). Dessutom uppvisar de våglängdsberoende bandgap vid 2,3eV.

Elektrisk konduktivitet

Mätningar av elektrisk ledningsförmåga utfördes på nc-SiC:H som deponerats vid olika filamenttemperaturer och visade sig vara mycket justerbara över 10 storleksordningar, främst beroende på filamenttemperatur och vätgasutspädningshastigheter (med variationer som överstiger nio storleksordningar på några sekunder). Andra deponeringsparametrar som avstånd mellan filament och substrat, kväveflöde och deponeringstryck hade endast mindre påverkan (en storleksordning) på den mörka konduktiviteten under denna studieperiod.

Nc-SiC:H-skiktet uppvisar en utmärkt energiinriktning mellan dess ledningsbandskant och Fermi-nivån i c-Si-substratet, vilket skapar en effektiv elektrontransportbarriär på mindre än 100 meV - detta gör att höga strömtätheter vid tunneloxid/c-Si-substratgränssnittet lätt kan uppnås samtidigt som det ger hög bärarselektivitet utan dopade a-Si-/poly-Si-skikt som passiveringsskikt.

Dessa resultat visar att nc-SiC:H är ett lovande elektrongenomskinligt fönsterskikt som lämpar sig för SiC-solceller. Dess låga optiska absorbans i våglängdsområdet av intresse möjliggör effektiv ljusinsamling från solcellens n-typ SiC/a-Si tunnelövergångsfrontkontakter utan att offra ledningsförmåga för passivering; något som hade begränsat tidigare försök att göra effektiva SiC-solceller med n-typ intrinsic a-Si eller poly-Si som tunneloxidpassiveringsskikt12-13.

Kemisk beständighet

Kiselkarbid har en överlägsen kemisk beständighet och tål även höga temperaturer utan att försämras eller spricka under tryck. Dessutom gör dess motståndskraft mot syror, lut och andra kemikalier det till ett idealiskt material för industriella tillämpningar.

Kiselkarbid kan också användas som ett förstärkande material i kompositmaterial för att förbättra deras mekaniska egenskaper, särskilt hållfasthet, elasticitetsmodul och värmeledningsförmåga. När kiselkarbid tillsätts i plast ökar det hållfastheten, elasticitetsmodulen och värmeledningsförmågan samtidigt som slitstyrkan ökar - till exempel ökar PEEK:s böjhållfasthet två gånger vid normala temperaturer om man tillsätter 15% kiselkarbidwhiskers! Kiselkarbid kan också tillsättas i keramer för att stärka dem samt öka hårdheten, duktiliteten och slitstyrkan.

Omkristalliserad a-SiC används ofta för energibesparande ugnsmöbler på grund av dess överlägsna korrosionsbeständighet mot smält stål, koks slagg och koks; motståndskraft mot termisk chock; keramisk industri ugn tegelproduktion; samt är lämplig för användning som smältverk foder, masugn mage foder och koks torn foder applikationer samt i stor utsträckning används som eldfasta verktyg, högvärdiga eldfasta material, fin keramik eller till och med som verktyg och slipmedel.

Personal som arbetar med denna produkt måste vidta åtgärder för att förhindra inandning av damm. Inandning av för mycket damm kan orsaka lungsjukdomar; därför är det absolut nödvändigt att arbetarna använder lämplig säkerhetsutrustning och följer alla procedurer korrekt.