Vstuptepůsobení na materiály z karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC), jako anorganická látka, je složen z uhlíku a křemíku v poměru 1:1 a má unikátní Si-C tetraedrickou strukturu. Tato struktura dává karbidu křemíku vynikající fyzikální a chemické vlastnosti, jako je vysoká tvrdost, vysoká tepelná stabilita a široký bandgap. Šířka bandgap karbidu křemíku je až 3,26 eV, téměř třikrát větší než u křemíku, což mu umožňuje zůstat stabilní při vyšších teplotách a mít vyšší průraznou sílu elektrického pole.

Příprava materiálů z karbidu křemíku

Příprava materiálů z karbidu křemíku zahrnuje především metodu v plynné fázi, metodu v kapalné fázi a metodu v pevné fázi. Mezi nimi jsou hlavními metodami pro přípravu vysoce kvalitních monokrystalů SiC metoda fyzikálního přenosu par (PVT) a metoda chemické depozice z plynné fáze (CVD). Metoda PVT sublimuje prášek zdroje SiC při vysoké teplotě a kondenzuje a pěstuje vysoce kvalitní monokrystaly SiC na povrchu zárodečného krystalu. Metoda CVD získává ultrajemný a vysoce čistý prášek SiC prostřednictvím vysokoteplotní reakce plynu. Kromě toho jsou běžně používanými způsoby přípravy také metoda sol-gel a metoda růstu semenného roztoku (TSSG).

Aplikace materiálů z karbidu křemíku

Materiály SiC byly široce používány v mnoha oblastech díky svému vynikajícímu výkonu.

‌Výkonová zařízení‌: Materiály z karbidu křemíku mají významné výhody v oblasti výkonové elektroniky. Například ve střídačích a nabíjecích hromadách elektrických vozidel mohou výkonová zařízení z karbidu křemíku snížit velikost balení, snížit ztráty a zlepšit účinnost konverze. Známé automobilky, jako jsou Tesla a BYD, již ve svých produktech elektrických vozidel použily zařízení z karbidu křemíku. Kromě toho jsou zařízení z karbidu křemíku také široce používána ve fotovoltaických invertorech a železniční dopravě, což může zlepšit celkovou účinnost systému.

‌RF zařízení‌: Ve vojenské a komunikační oblasti se RF zařízení na bázi gallia nitridu karbidu křemíku stala základními součástmi systémů, jako jsou mobilní komunikační systémy 5G a radary nové generace s aktivním fázovým polem. Díky jeho dobré tepelné vodivosti, vysoké frekvenci a výhodám vysokého výkonu mají materiály z karbidu křemíku široké vyhlídky na použití v oblasti RF zařízení.

‌Fast Charger‌: Zařízení z karbidu křemíku jsou považována za ideální volbu pro novou generaci energetických zařízení díky jejich vynikající odolnosti vůči vysokým teplotám, nízkým ztrátám a vysoké účinnosti. Například diody z karbidu křemíku, jako jsou Tyco Tianrun G3S06505C a G5S6504Z, jsou široce používány ve spínaných zdrojích napájení, korekci faktoru PFC, motorových pohonech, invertorech a dalších scénářích.

‌Letecký průmysl‌: Kompozity na bázi hliníku vyztužené částicemi karbidu křemíku také dosáhly průlomových aplikací v oblasti letectví a kosmonautiky. Například u břišní ploutve stíhačky F16 a nového systému rotoru vrtulníku společnosti Eurocopter kompozity na bázi hliníku vyztužené částicemi karbidu křemíku výrazně zlepšují tuhost a životnost součástí.

Velikost trhu a vývojový trend průmyslu karbidu křemíku

Podle údajů Yole vzroste celosvětový trh s napájecími zařízeními SiC z 1,09 miliardy USD v roce 2021 na 6,297 miliardy USD v roce 2027 s roční mírou růstu 34 %. Ve stejné době bude velikost trhu RF zařízení na bázi galiumnitridu gallia i nadále růst. Na čínském trhu se očekává, že velikost trhu výkonových elektronických zařízení z karbidu křemíku a nitridu galia vzroste na téměř 30 miliard juanů při složeném ročním tempu růstu 45 %.

Výzvy a příležitosti v průmyslu karbidu křemíku

Přestože materiály z karbidu křemíku mají mnoho výhod, jejich příprava a aplikace stále čelí určitým problémům. Například technologie přípravy substrátů z karbidu křemíku je obtížná a je třeba zlepšit výtěžnost; výrobní náklady na zařízení z karbidu křemíku jsou vysoké a propagace trhu stále vyžaduje úsilí. S neustálým pokrokem v technologii a neustálým rozšiřováním trhu však průmysl karbidu křemíku přinese další vývojové příležitosti. V budoucnu budou materiály z karbidu křemíku používány ve více oblastech, což vnese novou vitalitu do rozvoje polovodičového průmyslu.