Silicon Carbide Ceramics kumpara sa Semiconductor Silicon Carbide: Ang Parehas nga Materyal nga adunay Duha ka Lahi nga Padulngan

1. Divergent Purity Requirements para sa Hilaw nga Materyal

 

Ang ceramic-grade nga SiC adunay medyo dili maayo nga mga kinahanglanon sa kaputli alang sa powder feedstock niini. Kasagaran, ang mga komersyal nga grado nga mga produkto nga adunay 90% -98% nga kaputli makatubag sa kadaghanan nga mga panginahanglanon sa aplikasyon, bisan kung ang high-performance nga istruktura nga mga seramika mahimong magkinahanglan og 98% -99.5% nga kaputli (pananglitan, ang SiC nga nakagapos sa reaksyon nanginahanglan kontrolado nga libre nga sulud sa silicon). Gitugotan niini ang pipila ka mga hugaw ug usahay tinuyo nga mag-apil sa mga tabang sa sintering sama sa aluminum oxide (Al₂O₃) o yttrium oxide (Y₂O₃) aron mapauswag ang performance sa sintering, ipaubos ang temperatura sa sintering, ug mapalambo ang final density sa produkto.

 

Ang Semiconductor-grade SiC nanginahanglan hapit hingpit nga lebel sa kaputli. Ang substrate-grade nga single nga kristal nga SiC nanginahanglan ≥99.9999% (6N) kaputli, nga adunay pipila nga mga high-end nga aplikasyon nga nanginahanglan 7N (99.99999%) kaputli. Ang mga epitaxial layer kinahanglan nga magpadayon sa mga konsentrasyon sa kahugawan ubos sa 10¹⁶ atoms/cm³ (ilabi na ang paglikay sa lawom nga lebel sa mga hugaw sama sa B, Al, ug V). Bisan ang pagsubay sa mga impurities sama sa iron (Fe), aluminum (Al), o boron (B) mahimong grabeng makaapekto sa electrical properties pinaagi sa pagpahinabo sa carrier scattering, pagkunhod sa breakdown field strength, ug sa katapusan makompromiso ang performance ug reliability sa device, nga nagkinahanglan og higpit nga pagkontrol sa kahugawan.

 

Silicon carbide semiconductor nga materyal

 

2. Lahi nga Crystal Structure ug Quality

 

Ang Ceramic-grade nga SiC nag-una nga anaa isip polycrystalline powder o sintered nga mga lawas nga gilangkuban sa daghang random nga oriented nga SiC microcrystals. Ang materyal mahimong adunay daghang polytypes (pananglitan, α-SiC, β-SiC) nga wala’y estrikto nga pagkontrol sa piho nga polytypes, nga adunay gibug-aton imbes sa kinatibuk-ang densidad ug pagkaparehas sa materyal. Ang sulod nga istruktura niini adunay daghang mga utlanan sa lugas ug mikroskopiko nga mga pores, ug mahimong adunay mga tabang sa sintering (pananglitan, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

Ang Semiconductor-grade SiC kinahanglan nga single-crystal substrates o epitaxial layers nga adunay maayo kaayo nga kristal nga mga istruktura. Nagkinahanglan kini og piho nga mga polytype nga nakuha pinaagi sa tukma nga mga teknik sa pagtubo sa kristal (pananglitan, 4H-SiC, 6H-SiC). Ang mga kabtangan sa elektrisidad sama sa paglihok sa elektron ug bandgap labi ka sensitibo sa pagpili sa polytype, nga nanginahanglan higpit nga pagkontrol. Sa pagkakaron, ang 4H-SiC nagdominar sa merkado tungod sa iyang labaw nga elektrikal nga mga kabtangan lakip na ang taas nga carrier mobility ug breakdown field strength, nga naghimo niini nga sulundon alang sa mga power device.

 

3. Pagkumpara sa Pagkakomplikado sa Proseso

 

Ang Ceramic-grade nga SiC naggamit sa medyo yano nga mga proseso sa paggama (pag-andam sa pulbos → pagporma → sintering), susama sa "paghimo sa tisa." Ang proseso naglakip sa:

 

• Pagsagol sa commercial-grade SiC powder (kasagaran micron-sized) nga adunay mga binder
• Pagporma pinaagi sa pagpilit
• High-temperature sintering (1600-2200°C) aron makab-ot ang densification pinaagi sa particle diffusion
  Kadaghanan sa mga aplikasyon mahimong matagbaw sa> 90% density. Ang tibuuk nga proseso wala magkinahanglan ug tukma nga pagkontrol sa pagtubo sa kristal, nga nagpunting sa pagporma ug pagkamakanunayon sa sintering. Ang mga bentaha naglakip sa pagka-flexible sa proseso alang sa komplikado nga mga porma, bisan kung adunay medyo ubos nga mga kinahanglanon sa kaputli.

 

Ang Semiconductor-grade SiC naglakip sa mas komplikado nga mga proseso (high-purity powder preparation → single-crystal substrate growth → epitaxial wafer deposition → device fabrication). Ang importante nga mga lakang naglakip sa:

 

• Pag-andam sa substrate sa panguna pinaagi sa physical vapor transport (PVT) nga pamaagi
• Sublimation sa SiC powder sa grabeng mga kondisyon (2200-2400 ° C, taas nga vacuum)
• Tukma nga pagkontrol sa mga gradient sa temperatura (± 1°C) ug mga parameter sa presyur
• Ang pagtubo sa epitaxial layer pinaagi sa chemical vapor deposition (CVD) aron makahimo og parehas nga baga, doped layers (kasagaran pipila ngadto sa napulo ka microns)
  Ang tibuok proseso nanginahanglan ug ultra-limpyo nga palibot (eg, Class 10 cleanrooms) aron malikayan ang kontaminasyon. Ang mga kinaiya naglakip sa grabeng pagkasibu sa proseso, nanginahanglan og kontrol sa mga thermal field ug gas flow rate, nga adunay higpit nga mga kinahanglanon alang sa kaputli sa hilaw nga materyal (> 99.9999%) ug pagkamaayo sa kagamitan.

 

4. Mahinungdanon nga mga Kalainan sa Gasto ug Mga Orientasyon sa Market

 

Mga bahin sa Ceramic-grade SiC:

• Hilaw nga materyal: Commercial-grade powder
• Relatibong yano nga mga proseso
• Ubos nga gasto: Liboan hangtod napulo ka libo nga RMB matag tonelada
• Lapad nga mga aplikasyon: Abrasive, refractory, ug uban pang mga industriya nga sensitibo sa gasto

 

Mga bahin sa Semiconductor-grade SiC:

• Taas nga mga siklo sa pagtubo sa substrate
• Mahagiton nga pagkontrol sa depekto
• Ubos nga rate sa ani
• Taas nga gasto: Liboan ka USD kada 6-pulgada nga substrate
• Naka-focus nga mga merkado: High-performance electronics sama sa power device ug RF component
  Sa paspas nga pag-uswag sa bag-ong mga salakyanan sa enerhiya ug komunikasyon sa 5G, ang panginahanglan sa merkado nagkadako nga nagdako.

 

5. Nagkalainlain nga mga Sitwasyon sa Aplikasyon

 

Ang Ceramic-grade SiC nagsilbi nga "pang-industriya nga workhorse" labi na alang sa mga aplikasyon sa istruktura. Gipahimuslan ang maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan niini (taas nga katig-a, pagsukol sa pagsul-ob) ug mga kabtangan sa thermal (pagsukol sa taas nga temperatura, pagsukol sa oksihenasyon), milabaw kini sa:

 

• Mga abrasive (paggaling nga ligid, sandpaper)
• Mga refractory (taas nga temperatura nga kiln linings)
• Pagsul-ob/kaagnasan-resistant nga mga sangkap (pump body, pipe linings)

 

Silicon carbide ceramic structural nga mga sangkap

 

Ang Semiconductor-grade nga SiC naglihok isip "electronic elite," nga naggamit sa lapad nga bandgap nga mga kabtangan sa semiconductor aron ipakita ang talagsaon nga mga bentaha sa mga electronic device:

 

• Mga galamiton sa kuryente: EV inverters, grid converters (pagpaayo sa power conversion efficiency)
• RF device: 5G base stations, radar system (makapahimo sa mas taas nga operating frequency)
• Optoelectronics: Substrate nga materyal alang sa asul nga mga LED

 

200-milimeter SiC epitaxial wafer

 

Dimensyon	Ceramic-grade nga SiC	Semiconductor-grade nga SiC
Kristal nga Istruktura	Polycrystalline, daghang polytypes	Usa ka kristal, hugot nga gipili nga polytypes
Pokus sa Proseso	Densification ug pagkontrol sa porma	Ang kalidad sa kristal ug pagkontrol sa elektrikal nga kabtangan
Prayoridad sa Pagganap	Kalig-on sa mekanikal, resistensya sa kaagnasan, kalig-on sa kainit	Mga kabtangan sa kuryente (bandgap, breakdown field, etc.)
Mga Sitwasyon sa Aplikasyon	Mga sangkap sa istruktura, mga bahin nga dili masul-ob, mga sangkap nga adunay taas nga temperatura	Taas nga gahum nga mga himan, taas nga frequency nga mga himan, optoelectronic nga mga himan
Mga Driver sa Gasto	Pagka-flexible sa proseso, gasto sa hilaw nga materyales	Ang rate sa pagtubo sa kristal, katukma sa kagamitan, kaputli sa hilaw nga materyal

 

Sa katingbanan, ang sukaranan nga kalainan naggikan sa ilang lahi nga katuyoan sa pag-andar: ang ceramic-grade nga SiC naggamit sa "porma (struktura)" samtang ang semiconductor-grade nga SiC naggamit sa "mga kabtangan (electrical)." Ang kanhi nagpadayon sa cost-effective nga mekanikal/thermal nga performance, samtang ang naulahi nagrepresentar sa kinapungkayan sa materyal nga teknolohiya sa pag-andam isip high-purity, single-crystal functional nga materyal. Bisan kung nag-ambit sa parehas nga gigikanan sa kemikal, ang ceramic-grade ug semiconductor-grade SiC nagpakita sa tin-aw nga mga kalainan sa kaputli, istruktura nga kristal, ug mga proseso sa paggama - bisan pa ang duha naghimo og hinungdanon nga kontribusyon sa produksiyon sa industriya ug pag-uswag sa teknolohiya sa ilang tagsa-tagsa nga mga dominyo.