1.Introduktion till kiselkarbid

Kiselkarbid, en syntetisk förening av kisel och kol, har dykt upp som ett revolutionerande material inom avancerad tillverkning. Kiselkarbid, som syntetiserades första gången 1891 av Edward Acheson, kombinerar exceptionella termiska, elektriska och mekaniska egenskaper, vilket gör den oumbärlig i högpresterande applikationer, allt från kraftelektronik till flyg.

2. Nyckelegenskaper hos kiselkarbid

2.1 Strukturella och fysiska egenskaper

‌Kristallstruktur‌: Finns i över 250 polytyper (t.ex. 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), med 4H-SiC dominerande halvledarapplikationer.

‌Hårdhet‌: Mohs skala på 9,5, näst efter diamant.

‌Värmeledningsförmåga‌: 120-200 W/m·K, överträffar koppar i värmeavledning.

‌Smältpunkt‌: ~2 700°C, lämplig för extrema miljöer.

2.2 Elektriska egenskaper

‌Bredt bandgap‌: 3,26 eV (4H-SiC) mot 1,12 eV för kisel, vilket möjliggör drift med hög spänning och hög temperatur.

‌Nedbrytningsfält‌: 10 gånger högre än kisel, vilket minskar energiförlusterna.

2.3 Kemisk stabilitet

Motstår oxidation, syror och alkalier upp till 1 600°C.

3. Tillämpningar av kiselkarbid över industrier

Användningsfall för industrin:

Halvledare‌ Strömenheter (MOSFET, Schottky-dioder), 5G/RF-komponenter 

‌Automotive‌ EV-växelriktare: inbyggda laddare (t.ex. Tesla Model 3 SiC-traktionsväxelriktare) 

‌Energi‌ Solväxelriktare: vindkraftsomvandlare, kärnreaktorsensorer 

‌Aerospace‌ Satellitkomponenter: termiska beläggningar för jetmotorer 

‌Industriella‌ skärverktyg: slipmedel, eldfasta foder 

4. Bearbetningstekniker och utmaningar

4.1 Viktiga tillverkningssteg

‌Crystal Growth‌: Sublimering (PVT) för bulkkristaller.

CVD för epitaxiella skikt.

‌Wafer Processing‌: Diamanttrådsskärning, kemo-mekanisk polering.

‌Tillverkning av enhet‌: Jonimplantation, torretsning.

4.2 Tekniska hinder

‌Wafer Bow‌: <50 μm krökning krävs för 150 mm wafers.

‌Yield rates‌: ~60 % för 200 mm SiC epitaxiella lager (Q1 2025 branschgenomsnitt).

5. Framtida trender inom SiC-teknik (2025–2030 Outlook)

‌8-tums Wafer Adoption‌: beräknas minska enhetskostnaderna med 35 % till 2028.

‌Quantum Applications‌: SiC-vakanser för rumstemperaturkvantberäkning.

‌Global Capacity Expansion‌: Kinas SiC-produktion för att nå 40 % marknadsandel 2027.

6. Slutsats

Silicon Carbides unika egenskaper positionerar den som ett hörnstensmaterial för hållbara teknologier. Att förstå skillnaden mellan högrenhet och konventionell SiC – och deras respektive roller i kraftelektronik kontra industriella system – är avgörande för att optimera design- och tillverkningsstrategier. När branschen går framåt mot 8-tums wafers och nya applikationer kommer kontinuerligt lärande och processinnovation att förbli väsentligt.