1.Введение в карбид кремния

Карбид кремния, синтетическое соединение кремния и углерода, стал революционным материалом в передовом производстве. Впервые синтезированный в 1891 году Эдвардом Ачесоном, карбид кремния сочетает в себе исключительные тепловые, электрические и механические свойства, что делает его незаменимым в высокопроизводительных приложениях от силовой электроники до аэрокосмической промышленности.

2. Основные свойства карбида кремния

2.1 Структурные и физические характеристики

Кристаллическая структура: существует более чем в 250 политипах (например, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), при этом 4H-SiC доминирует в полупроводниковых приложениях.

‌Твёрдость‌: 9,5 по шкале Мооса, уступает только алмазу.

‌Теплопроводность‌: 120–200 Вт/м·К, что превосходит медь по теплоотдаче.

‌Температура плавления‌: ~2700°C, подходит для экстремальных условий.

2.2 Электрические свойства

‌Широкая запрещенная зона‌: 3,26 эВ (4H-SiC) против 1,12 эВ у кремния, что обеспечивает работу при высоком напряжении и высокой температуре.

‌Поле пробоя‌: в 10 раз выше, чем у кремния, что снижает потери энергии.

2.3 Химическая стабильность

Устойчив к окислению, кислотам и щелочам до 1600°C.

3. Применение карбида кремния в различных отраслях промышленности

‌Отраслевые‌ ...

Полупроводники‌ Силовые приборы (МОП-транзисторы, диоды Шоттки), компоненты 5G/РФ 

Автомобильные инверторы для электромобилей: бортовые зарядные устройства (например, тяговый инвертор Тесла Модель 3 SiC) 

‌Энергия‌ Солнечные инверторы:преобразователи ветряных турбин, датчики ядерных реакторов 

‌Аэрокосмическая промышленность‌ Компоненты спутников:термические покрытия для реактивных двигателей 

‌Промышленные‌ режущие инструменты: абразивы, огнеупорные футеровки 

4.Технологии обработки и проблемы

4.1 Основные этапы производства

‌Рост кристаллов‌: Сублимация (ПВТ) для объемных кристаллов.

ССЗ для эпитаксиальных слоев.

‌Обработка пластин‌: резка алмазной проволокой, химико-механическая полировка.

‌Изготовление устройств‌:Ионная имплантация, сухое травление.

4.2 Технические барьеры

‌Изгиб пластины‌: для пластин диаметром 150 мм требуется кривизна <50 мкм.

‌Процент выхода годных‌: ~60% для 200-мм эпитаксиальных слоев SiC (средний показатель по отрасли за первый квартал 2025 г.).

5. Будущие тенденции в технологии SiC (прогноз на 2025–2030 гг.)

‌Внедрение 8-дюймовых пластин‌: Прогнозируется, что к 2028 году стоимость устройств снизится на 35%.

‌Квантовые приложения‌: вакансии SiC для квантовых вычислений при комнатной температуре.

‌Глобальное расширение мощностей‌: доля китайского производства SiC на рынке достигнет 40% к 2027 году.

6. Заключение

Уникальные свойства карбида кремния позиционируют его как краеугольный материал для устойчивых технологий. Понимание различий между высокочистым и обычным SiC — и их соответствующих ролей в силовой электронике по сравнению с промышленными системами — имеет решающее значение для оптимизации стратегий проектирования и производства. Поскольку отрасль движется к 8-дюймовым пластинам и новым приложениям, постоянное обучение и инновации в процессах будут оставаться важными.