1.Úvod do karbidu křemíku

Karbid křemíku, syntetická sloučenina křemíku a uhlíku, se ukázal jako revoluční materiál v pokročilé výrobě. Karbid křemíku, který byl poprvé syntetizován v roce 1891 Edwardem Achesonem, kombinuje výjimečné tepelné, elektrické a mechanické vlastnosti, díky čemuž je nepostradatelný ve vysoce výkonných aplikacích od výkonové elektroniky po letecký průmysl.

2. Klíčové vlastnosti karbidu křemíku

2.1 Strukturní a fyzikální vlastnosti

‌Krystalová struktura‌: Existuje ve více než 250 polytypech (např. 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), přičemž 4H-SiC dominuje polovodičovým aplikacím.

Tvrdost: Mohsova stupnice 9,5, druhá za diamantem.

‌Tepelná vodivost‌: 120-200 W/m·K, překonává měď v rozptylu tepla.

‌Bod tání‌: ~2700°C, vhodné do extrémních prostředí.

2.2 Elektrické vlastnosti

‌Wide Bandgap‌: 3,26 eV (4H-SiC) vs. 1,12 eV pro křemík, což umožňuje vysokonapěťový a vysokoteplotní provoz.

‌Pole průrazu‌: 10x vyšší než křemík, snižuje energetické ztráty.

2.3 Chemická stabilita

Odolává oxidaci, kyselinám a zásadám do 1 600 °C.

3. Aplikace karbidu křemíku napříč průmyslovými odvětvími

‌Případy použití‌‌:

Polovodiče‌ Napájecí zařízení (MOSFET, Schottkyho diody), 5G/RF komponenty 

‌Automobilové‌ měniče EV: palubní nabíječky (např. trakční měnič Tesla Model 3 SiC) 

‌Energie‌ Solární invertory: konvertory větrných turbín, senzory jaderných reaktorů 

‌Letecký a vesmírný‌ Satelitní komponenty: tepelné povlaky proudových motorů 

‌Průmyslové‌ řezné nástroje: brusivo, žáruvzdorné vyzdívky 

4. Techniky zpracování a výzvy

4.1 Klíčové výrobní kroky

‌Růst krystalů‌: Sublimace (PVT) pro objemové krystaly.

CVD pro epitaxní vrstvy.

‌Zpracování plátků‌: Krájení diamantovým drátem, chemo-mechanické leštění.

‌Výroba zařízení‌: Iontová implantace, suché leptání.

4.2 Technické bariéry

‌Wafer Bow‌: Zakřivení <50 μm požadované pro 150mm wafery.

‌Výtěžnost‌: ~60 % pro 200mm SiC epitaxní vrstvy (průměr v oboru Q1 2025).

5. Budoucí trendy v technologii SiC (výhled 2025–2030)

‌Přijetí 8palcové destičky‌: Předpokládá se, že do roku 2028 sníží náklady na zařízení o 35 %.

‌Kvantové aplikace‌: Volná místa SiC pro kvantové výpočty při pokojové teplotě.

‌Rozšíření globální kapacity‌: Čínská výroba SiC dosáhne do roku 2027 40% podílu na trhu.

6. Závěr

Jedinečné vlastnosti karbidu křemíku jej staví jako základní materiál pro udržitelné technologie. Pochopení rozdílu mezi vysoce čistým a konvenčním SiC – a jejich příslušných rolí ve výkonové elektronice oproti průmyslovým systémům – je zásadní pro optimalizaci návrhových a výrobních strategií. Jak průmysl postupuje směrem k 8palcovým waferům a novým aplikacím, neustálé učení a inovace procesů zůstanou zásadní.