Ceramica di Carburu di Siliciu vs. Semiconduttore Carburu di Siliciu: U Stessu Materiale cù Dui Destini Distinti

1. Requisiti di Purezza Divergenti per e Materie Prime

 

U SiC di qualità ceramica hà esigenze di purezza relativamente indulgenti per a so materia prima in polvere. Tipicamente, i prudutti di qualità cummerciale cù una purezza di 90%-98% ponu risponde à a maiò parte di i bisogni di l'applicazione, ancu s'è a ceramica strutturale ad alte prestazioni pò richiede una purezza di 98%-99,5% (per esempiu, u SiC ligatu per reazione richiede un cuntenutu cuntrullatu di siliciu liberu). Tollera certe impurità è qualchì volta incorpora intenzionalmente aiuti di sinterizzazione cum'è l'ossidu d'aluminiu (Al₂O₃) o l'ossidu d'ittriu (Y₂O₃) per migliurà e prestazioni di sinterizzazione, abbassà e temperature di sinterizzazione è migliurà a densità di u pruduttu finale.

 

U SiC di qualità semiconduttore richiede livelli di purezza quasi perfetti. U SiC monocristallinu di qualità substratu richiede una purezza ≥99,9999% (6N), cù alcune applicazioni di fascia alta chì necessitanu una purezza di 7N (99,99999%). I strati epitassiali devenu mantene e concentrazioni di impurità inferiori à 10¹⁶ atomi/cm³ (in particulare evitendu impurità di livellu prufondu cum'è B, Al è V). Ancu tracce di impurità cum'è u ferru (Fe), l'aluminiu (Al) o u boru (B) ponu influenzà gravemente e proprietà elettriche causendu a dispersione di i portatori, riducendu a forza di u campu di rottura è, infine, compromettendu e prestazioni è l'affidabilità di u dispositivu, ciò chì richiede un cuntrollu strettu di l'impurità.

 

Materiale semiconduttore di carburo di siliciu

 

2. Strutture cristalline distinte è qualità

 

U SiC di qualità ceramica esiste principalmente cum'è polvere policristallina o corpi sinterizzati cumposti da numerosi microcristalli di SiC orientati à casu. U materiale pò cuntene parechji politipi (per esempiu, α-SiC, β-SiC) senza un cuntrollu strettu nantu à i politipi specifichi, cù enfasi invece nantu à a densità è l'uniformità generale di u materiale. A so struttura interna presenta abbundanti limiti di granu è pori microscopichi, è pò cuntene aiuti di sinterizazione (per esempiu, Al₂O₃, Y₂O₃).

 

U SiC di qualità semiconduttore deve esse substrati monocristallini o strati epitassiali cù strutture cristalline altamente ordinate. Richiede politipi specifici ottenuti per mezu di tecniche di crescita cristallina di precisione (per esempiu, 4H-SiC, 6H-SiC). E proprietà elettriche cum'è a mobilità elettronica è u bandgap sò estremamente sensibili à a selezzione di politipi, ciò chì richiede un cuntrollu strettu. Attualmente, 4H-SiC domina u mercatu per via di e so proprietà elettriche superiori, cumprese l'alta mobilità di i portatori è a forza di u campu di rottura, chì u rendenu ideale per i dispositivi di putenza.

 

3. Cunfrontu di a Cumplessità di u Prucessu

 

U SiC di qualità ceramica impiega prucessi di fabricazione relativamente simplici (preparazione di a polvere → furmazione → sinterizazione), analoghi à a "fabricazione di mattoni". U prucessu implica:

 

• Mischjà polvere di SiC di qualità cummerciale (tipicamente di dimensioni microniche) cù leganti
• Furmazione per pressatura
• Sinterizazione à alta temperatura (1600-2200°C) per ottene a densificazione per via di a diffusione di particelle
  A maiò parte di l'applicazioni ponu esse suddisfatte cù una densità >90%. Tuttu u prucessu ùn richiede micca un cuntrollu precisu di a crescita di i cristalli, fucalizzandu si invece nantu à a furmazione è a cunsistenza di a sinterizazione. I vantaghji includenu a flessibilità di u prucessu per forme cumplesse, ancu s'è cù esigenze di purezza relativamente più basse.

 

U SiC di qualità semiconduttore implica prucessi assai più cumplessi (preparazione di polvere di alta purezza → crescita di substratu monocristallinu → deposizione di wafer epitassiale → fabricazione di dispositivi). I passi chjave includenu:

 

• Preparazione di u substratu principalmente via u metudu di trasportu fisicu di vapore (PVT)
• Sublimazione di polvere di SiC in cundizioni estreme (2200-2400°C, altu vuotu)
• Cuntrollu precisu di i gradienti di temperatura (±1°C) è di i parametri di pressione
• Crescita di strati epitaxiali via deposizione chimica da vapore (CVD) per creà strati uniformemente spessi è drogati (tipicamente da parechji à decine di micron)
  Tuttu u prucessu richiede ambienti ultra puliti (per esempiu, camere bianche di Classe 10) per impedisce a contaminazione. E caratteristiche includenu una precisione estrema di u prucessu, chì richiede u cuntrollu di i campi termichi è di i tassi di flussu di gas, cù requisiti rigorosi sia per a purità di a materia prima (> 99,9999%) sia per a sofisticazione di l'attrezzatura.

 

4. Differenze di Costu Significative è Orientamenti di u Mercatu

 

Caratteristiche di u SiC di qualità ceramica:

• Materia prima: Polvere di qualità cummerciale
• Prucessi relativamente simplici
• Costu bassu: Migliaia à decine di migliaia di RMB per tonna
• Applicazioni larghe: Abrasivi, refrattari è altre industrie sensibili à i costi

 

Caratteristiche di u SiC di qualità semiconduttore:

• Cicli longhi di crescita di u substratu
• Cuntrollu di difetti sfidante
• Tassi di rendimentu bassi
• Costu elevatu: Migliaia di dollari americani per substratu di 6 pollici
• Mercati focalizzati: Elettronica d'alta prestazione cum'è dispositivi di putenza è cumpunenti RF
  Cù u rapidu sviluppu di i veiculi à nova energia è di e cumunicazioni 5G, a dumanda di u mercatu cresce esponenzialmente.

 

5. Scenarii d'applicazione differenziati

 

U SiC di qualità ceramica serve cum'è "cavallu di battaglia industriale" principalmente per applicazioni strutturali. Sfruttendu e so eccellenti proprietà meccaniche (alta durezza, resistenza à l'usura) è proprietà termiche (resistenza à alta temperatura, resistenza à l'ossidazione), eccelle in:

 

• Abrasivi (mole abrasive, carta vetrata)
• Refrattari (rivestimenti di forni à alta temperatura)
• Cumponenti resistenti à l'usura/à a currusione (corpi di pompa, rivestimenti di tubi)

 

Cumponenti strutturali ceramichi di carburu di siliciu

 

U SiC di qualità semiconduttore funziona cum'è "l'elite elettronica", utilizendu e so proprietà di semiconduttori à larga banda proibita per dimustrà vantaghji unichi in i dispositivi elettronichi:

 

• Dispositivi di putenza: inverter EV, convertitori di rete (miglioramentu di l'efficienza di cunversione di putenza)
• Dispositivi RF: stazioni base 5G, sistemi radar (chì permettenu frequenze operative più elevate)
• Optoelettronica: Materiale di substratu per LED blu

 

Wafer epitassiale di SiC di 200 millimetri

 

Dimensione	SiC di qualità ceramica	SiC di qualità semiconduttore
Struttura Cristalina	Policristallini, politipi multipli	Monocristalli, politipi strettamente selezziunati
Focus di u prucessu	Densificazione è cuntrollu di a forma	Cuntrollu di a qualità di i cristalli è di e pruprietà elettriche
Priorità di Prestazione	Resistenza meccanica, resistenza à a corrosione, stabilità termica	Proprietà elettriche (bandgap, campu di rottura, ecc.)
Scenarii d'applicazione	Cumponenti strutturali, pezzi resistenti à l'usura, cumponenti à alta temperatura	Dispositivi d'alta putenza, dispositivi d'alta frequenza, dispositivi optoelettronici
Fattori di Costu	Flessibilità di u prucessu, costu di a materia prima	Tassa di crescita di i cristalli, precisione di l'attrezzatura, purità di a materia prima

 

In riassuntu, a differenza fundamentale deriva da i so scopi funziunali distinti: u SiC di qualità ceramica utilizza a "forma (struttura)" mentre chì u SiC di qualità semiconduttore utilizza "proprietà (elettriche)". U primu persegue prestazioni meccaniche/termiche à bon pattu, mentre chì u secondu rapprisenta u culmine di a tecnulugia di preparazione di i materiali cum'è materiale funziunale monocristallinu di alta purezza. Ancu s'elli spartenu a stessa origine chimica, u SiC di qualità ceramica è di qualità semiconduttore mostranu chjare differenze in purezza, struttura cristallina è prucessi di fabricazione - eppuru tramindui facenu cuntributi significativi à a pruduzzione industriale è à u prugressu tecnologicu in i so rispettivi duminii.