Fördelar med en kiselkarbidskiva

Kiselkarbidskivor (SCW) är långlivade halvledarsubstrat avsedda för applikationer som kräver hög hastighet, hög temperatur och/eller spänning. SCW ger utmärkta förutsättningar för dessa användningsområden.

Tillverkarna producerar kubiskt SiC genom antingen jonimplantation eller kemisk förångningsdeposition, samt olika polytyper som kännetecknas av olika arrangemang av atomer inom kristallstrukturen.

Hög värmeledningsförmåga

Kiselkarbid (SiC) började användas industriellt 1893 som ett slipmaterial för slipskivor och fordonsbromsar, men sedan dess har användningsområdena expanderat och omfattar nu även många halvledartillämpningar. Tack vare sina unika fysikaliska egenskaper, inklusive hög värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgning, är SiC ett attraktivt alternativ till mer vanliga wafer-material som kisel.

Tack vare det breda bandgapet och den högre kritiska elektriska fältstyrkan vid genombrott kan kiselkarbid klara högre temperaturer och effekttätheter än kisel. Dessutom möjliggör den högre mättade drifthastigheten för elektroner högre switchfrekvenser och snabbare effektomvandling.

Vid fotolitografi, som är en process för att skapa komplicerade kretsmönster på wafers, exponeras SiC-substrat för UV-ljus genom masker som innehåller önskade kretsmönster. Efter exponeringen, beroende på vilken typ av fotoresist som används, förändras exponerade och oexponerade områden kemiskt över tiden och resulterar i att mönstret överförs till en wafer.

Precisionsetsning är det sista steget i tillverkningen av wafers, där överflödigt material avlägsnas med exakta metoder. SiC-substrat har mycket få etsningsdefekter, vilket gör det idealiskt för krävande applikationer som kraftelektronik för elbilar och 5G-elektronik där defekter kan hindra enhetens prestanda. MTI:s instrument gör det möjligt för tillverkare att övervaka kvaliteten under dessa steg med verktyg som röntgentopografi, fotoluminescensmappning och svepelektronmikroskopi.

Hög motståndskraft mot termisk chock

Kiselkarbidskivor tål termiska chocker mycket bra och bibehåller styrka och stabilitet över ett brett temperaturintervall samtidigt som de överträffar kisel i krafthalvledarapplikationer.

SiC:s motståndskraft mot snabba temperaturväxlingar beror på dess struktur: starka tetraedrar som består av kisel- och kolatomer. Denna struktur ger utmärkt syrabeständighet, korrosionsskydd, tryckstabilitet och reagerar inte med smälta salter eller syror vid temperaturer upp till 800degC - egenskaper som skiljer SiC från andra material.

Kiselkarbidens höga temperaturstabilitet gör att den är mycket motståndskraftig mot kemiska medier, vilket gör den till ett utmärkt materialval för industriella slipmedel och fordonsbromsar. Dessutom gör den mekaniska nötningsbeständigheten kiselkarbiden ännu mer motståndskraftig mot slagskador än sina konkurrenter.

Kiselkarbid är det näst hårdaste materialet i världen efter diamant. Dessutom gör den höga temperaturstabiliteten kiselkarbid till en utmärkt kandidat för keramik och emalj.

Kiselkarbidens överlägsna prestandaegenskaper gör den till en perfekt kandidat för framtida utveckling inom krafthalvledarindustrin. I takt med att Moores lag närmar sig sina gränser vänder sig många företag till kiselkarbid för att ge sina enheter den prestanda och tillförlitlighet de behöver. Tack vare sin höga elektriska ledningsförmåga och motståndskraft mot kemiska angrepp vid höga temperaturer har kiselkarbid snabbt blivit ett av de främsta valen för stöd för wafertråg och paddlar som används i halvledarugnar samt för komponenter som termistorer och varistorer.

Hög hårdhet

Kiselkarbidskivor har en exceptionellt hård yta som är oumbärlig för många enheter. Mikrochip kräver t.ex. en hårdhet inom vissa gränser för att undvika sprickbildning under tillverkning och drift; på samma sätt drar apparater som kräver hållbarhet vid höga temperaturer och strålningsbeständighet också nytta av dess överlägsna hårdhet.

SiC-wafers har enastående motståndskraft mot termisk chock, vilket gör dem lämpliga för snabba temperaturförändringar utan att gå sönder eller spricka, vilket gör dem särskilt lämpliga för kraftelektronik och RF-applikationer.

Wafers av kiselkarbid har utmärkt slitstyrka. SiC kan hittas i skottsäkra västplattor eller extruderingsformar som är utformade för material som sandpapper och högpresterande skivbromsar, vilket ger tillförlitlig slitstyrka. SiC har också utmärkta strålskyddande egenskaper samt hög smältpunkt och energibandgap, vilket ytterligare bidrar till dess fysiska hållbarhet.

SiC kan härdas genom dopning, legering och ytbehandlingsmetoder såsom dopning i fast lösning eller jonimplantation; ytbehandlingar inkluderar beläggning och plätering för att öka hårdheten, minska slitaget och förbättra smörjningen. Hårdheten kan också ökas genom att man kontrollerar kornstorleken och enhetligheten; genom att tillsätta hårdare föreningar eller pulver nära korngränserna ökas hårdheten ytterligare genom att dislokationsutbredningen hindras.

Hög elektrisk konduktivitet

Genom att kombinera kisel från sand med kol från kol får man ett häpnadsväckande resultat: kiselkarbid. Detta revolutionerande sammansatta halvledarmaterial används i applikationer som kräver exceptionell prestanda, t.ex. kraftelektronik och radiofrekvensenheter (RF).

Kiselkarbidskivor uppfyller dessa stränga krav med lätthet och har tre gånger högre värmeledningsförmåga än sin mer välkända kusin, kisel.

SiC-wafers har överlägsen termisk prestanda jämfört med kiselwafers, vilket gör att de kan arbeta vid högre drifttemperaturer samtidigt som de ger större värmeavledning, vilket gör dem till det perfekta substratet för kraftintensiva applikationer som arbetar vid förhöjda temperaturer.

Omriktare för elfordon kräver till exempel att de arbetar med extremt höga spänningar och att de avleder mycket värme på ett effektivt sätt för att klara uppgiften. SiC utmärker sig i detta avseende - dess styrka gör att det enkelt klarar även extremt höga spänningar samtidigt som det ger överlägsen prestanda som ökad energieffektivitet och effekttäthet.

För tillverkning av kiselkarbidskivor använder tillverkarna vanligtvis metoder för fysisk eller kemisk förångningsdeposition för att bilda kubiska kristaller av rent kisel som sedan skärs och poleras till skivor som sedan kan poleras och rengöras till ultraplatta ytor för tillverkning av komponenter. Exakt kontroll över tjocklek och dopning underlättar kraftfull tillverkning av komponenter med ökat utbyte, lägre defektkostnader och större tillförlitlighet.