Silikonkarbid: The Bright Star of Third Generation Semiconductor Materials

1, definition och struktur av kiselkarbid
Silicon carbide, in terms of its chemical composition, is a compound made of two elements, silicon (Si) and carbon (C), bonded covalently. Its crystal structure is rich and varied, and the common ones are cubic crystal system ( -SiC) and hexagonal crystal system ( -SiC). Different crystal structures give silicon carbide different performance characteristics, with -Sic är vanligare i industriella tillämpningar på grund av dess högre termiska och kemiska stabilitet . På atomnivå är kisel- och kolatomer exakt inriktade för att bilda en stark och organiserad gitterstruktur, som lägger en solid grund för de unika egenskaperna hos kiselkarbid .}}}}}}}}}}}}

2, Egenskaper för kiselkarbid
(1) Hög bandbredd: Kiselkarbid har en bandbredd på upp till 3 . 2EV, ungefär tre gånger den för konventionella kiselmaterial . Denna funktion gör det möjligt för kiselkarbidanordningar att använda stabilt med högre temperaturer, högre spänningar och med lägre läckage, vilket betydligt förbättringar och förhållanden) Temperaturer, kiselanordningar kan uppleva en dramatisk ökning av bärarkoncentrationen på grund av termisk excitation, vilket kan leda till enhetsfel, medan kiselkarbidanordningar kan upprätthålla stabil drift på grund av dess höga bandbredd, vilket effektivt skyddar mot sådana termiska störningar.
(2) High thermal conductivity: Silicon carbide has a very high thermal conductivity, which is 3-5 times higher than that of silicon. Good thermal conductivity means that silicon carbide is able to conduct heat more efficiently and quickly dissipate the heat generated during the operation of electronic devices, effectively lowering the device temperature and improving heat dissipation efficiency. Taking Power Semiconductor -enheter Som ett exempel, när du kör vid hög effekt, kommer en stor mängd värme att få enhetens prestanda att släppa eller till och med skada den . enheter som är gjorda med kiselkarbidmaterial, men kan köras stabilt och konsekvent med högre kraft på grund av dess utmärkta värmeförmåga, vilket förbättrar prestandans och livets liv.
(3) High breakdown field strength: The breakdown field strength of silicon carbide is about 10 times that of silicon, which enables it to withstand higher voltages. In power electronics, the high breakdown field strength means that power devices can be manufactured with higher withstand voltages and in smaller sizes. For example, in high-voltage transmission and power conversion systems, the use of silicon Karbidenheter kan effektivt minska antalet enheter och systemstorlek, samtidigt som systemets omvandlingseffektivitet och stabilitet förbättras .
(4) Hög hårdhet och slitmotstånd: kiselkarbid är extremt hård, mohs hårdhet på 9 . 5, andra bara till diamant . Denna höga hårdhetskarakteristik gör det allmänt använt i fältet med slitage, såsom att göra slipmedel, skärverktyg, slitage-resistenta linjer på {{6 {6 {6} {6} {{6} {{6} {6} -produktion, så att göra slipande, skärverktyg, slitesvilliga linjer på {{6 {6 {6} {6} {6} {6} {{6 {6} {{6) Miljö, såsom gruvmaskiner i krossen, kvarnen, användningen av kiselkarbidmaterialdelar kan förbättra utrustningens slitmotstånd, minska kostnaderna för underhåll av utrustningen och förlänga utrustningens livslängd.
(5) Chemical stability: silicon carbide has good chemical stability, at room temperature almost does not react with any chemical reagents, even at high temperatures, strong acids and alkalis and other extreme environments, its chemical properties are relatively stable. This characteristic makes silicon carbide in the chemical industry, metallurgy and other corrosive environments have important application value, for example, can be used in tillverkning av korrosionsbeständig rörledning, reaktorfoder och så vidare .

3, Applicering av kiselkarbid
(1) new energy vehicles: in the field of new energy vehicles, silicon carbide is playing an increasingly important role. On the one hand, the use of silicon carbide power modules in motor drive systems can significantly improve system efficiency and reduce energy loss, thereby increasing the vehicle's range. For example, the Tesla Model 3 uses silicon carbide power modules, which have led to significant improvements in energy efficiency and performance. On the other hand, in on-board charging and DC/DC conversion, the application of silicon carbide devices can realize higher power density and faster charging speed, thus improving the charging experience of users. With the rapid development of the new energy vehicle market, the demand for silicon carbide in this field will continue to grow.
(2) 5G-kommunikation: 5G-kommunikationsnätverk ställer högre krav på prestanda för RF-enheter . på grund av dess höga elektronmobilitet, hög nedbrytningsfältstyrka och andra egenskaper, kiselkarbidbaserade RF-enheter kan uppnå högre effektutgång och effektivare signalprocesser för att möta efterfrågan på högeffekt, högeffektivitet RF-enheter i 5G-basstationer)) Miniatyrisering och lätta egenskaper hos kiselkarbidanordningar hjälper också till att minska volymen och vikten av basstationens utrustning, förbättra integrationen och tillförlitligheten för utrustning och främja den utbredda tillämpningen och utvecklingen av 5G -kommunikationsteknik .}
(3) Fotovoltaisk och energilagring: I den fotovoltaiska industrin är inverteraren nyckelutrustningen för att konvertera solenergi till el . tillämpningen av kiselkarbidkraftsanordningar kan effektivt förbättra konverteringseffektiviteten för inverteraren och minska sin energiförlust i arbetsprocessen, vilket förbättrar den totala prestanda och ekonomiska fördelar med ekonomiska fördelar med den power generering av energisystemet {{2}) Lagring, kiselkarbidanordningar kan användas i batterihanteringssystem och kraftomvandlingssystem, som kan realisera snabb laddning och urladdning, förbättra stabiliteten och tillförlitligheten i energilagringssystemet och främja utveckling och tillämpning av energilagringsteknik .}
(4) Aerospace: The aerospace field is extremely demanding on the performance of materials, requiring materials with high reliability, high temperature resistance, radiation resistance and other characteristics. Silicon carbide has been widely used in the aerospace field by virtue of its excellent comprehensive performance. For example, silicon carbide materials and devices can play an important role in the hot-end components of aviation engines, Värmespridningssystemen för elektronisk utrustning i flygplan och kraftsystemen för satelliter, vilket hjälper till att förbättra prestandan och tillförlitligheten för flyg- och rymdutrustning, minska vikten på utrustningen och förbättra effektiviteten i energianvändningen .
(5) industrial and electric power: in the industrial field, silicon carbide can be used to manufacture a variety of wear-resistant, high temperature, corrosion-resistant parts, such as mechanical seals, high-temperature furnace lining, wear-resistant piping, etc., to improve the service life of industrial equipment and operational efficiency. In the field of electric power, silicon carbide power Enheter kan användas i transmission, transformation och distribution av smart rutnät, för att realisera effektiv omvandling och överföring av elektrisk energi, förbättra stabiliteten och tillförlitligheten för kraftnätet och minska överföringsförlusterna .
4, utvecklingstrenden för kiselkarbid
(1) technological innovation to promote performance: with the continuous development of materials science and semiconductor technology, silicon carbide preparation process and device manufacturing technology will continue to innovate. In the future, through the optimization of crystal growth process, improve epitaxial technology and device design, is expected to further improve the quality and performance of silicon carbide materials, reduce defect density, improve device integration and reliability, expanding the application of kiselkarbid i mer avancerade fält .
(2) Cost reduction to promote market penetration: At present, the relatively high cost of silicon carbide materials and devices, limiting its large-scale application. In the future, with the expansion of the production scale, the maturity of the technology and the improvement of the industrial chain, the production cost of silicon carbide is expected to gradually reduce. On the one hand, the enterprise through the expansion of production capacity För att uppnå skalfördelar, minska produktionskostnaden per produktenhet; Å andra sidan kommer teknisk innovation att förbättra produktionseffektiviteten, minska konsumtionen av råvaror och skrothastighet och ytterligare minska kostnaderna . minskade kostnader kommer att göra kiselkarbid i fler områden med ekonomisk genomförbarhet, för att främja dess marknadspenetration och applikationens expansion .
(3) Application areas continue to expand: with the improvement of silicon carbide performance and cost reduction, its application areas will continue to expand. In addition to the existing new energy vehicles, 5G communications, photovoltaic energy storage and other areas of in-depth application, silicon carbide will also be in the emerging areas such as quantum computing, artificial intelligence hardware acceleration, solid-state LiDAR and other aspects of the Tillämpning av enorm potential . Samtidigt, eftersom den globala oroen för energieffektivitet och miljöskydd fortsätter att växa, kommer kiselkarbid, som ett mycket effektivt och energibesparande material, att spela en viktigare roll i energisektorn, vilket bidrar till den globala energiövergången och hållbar utveckling .}
(4) Accelerated development of industrial synergy: the development of the silicon carbide industry can not be separated from the industry chain of upstream and downstream enterprises. In the future, enterprises in substrate, epitaxial, device manufacturing, application development and other links will strengthen cooperation and communication to form a closer industrial ecology. Through joint technical research and development, development of industry standards, Optimering av hantering av leveranskedjor, etc. ., för att förbättra branschens övergripande konkurrenskraft och främja den snabba och hälsosamma utvecklingen av kiselkarbidindustrin .
In conclusion, as a representative of the third generation of semiconductor materials, silicon carbide is becoming a global research hotspot in the field of materials science and semiconductors and the focus of industrial development by virtue of its excellent performance and broad application prospects. With the continuous progress of technology and the gradual maturation of the industry, silicon carbide is expected to realize breakthroughs in more fields and make important contributions to the promotion of Modern vetenskaplig och teknisk framsteg och social utveckling .