SiC – karbid křemíku

Karbid křemíku byl objeven v roce 1893 jako průmyslové abrazivo pro brusné kotouče a automobilové brzdy. Přibližně v polovině 20. století se použití destiček SiC rozšířilo i v technologii LED. Od té doby se díky svým výhodným fyzikálním vlastnostem rozšířil do řady polovodičových aplikací. Tyto vlastnosti jsou patrné v jeho široké škále použití v polovodičovém průmyslu i mimo něj. Vzhledem k tomu, že Moorův zákon se zdá být na hranici svých možností, mnoho společností v polovodičovém průmyslu se zaměřuje na karbid křemíku jako polovodičový materiál budoucnosti. SiC lze vyrábět s použitím více polytypů SiC, ačkoli v polovodičovém průmyslu je většina substrátů buď 4H-SiC, přičemž 6H- se s rostoucím trhem SiC stává méně běžným. Pokud se hovoří o karbidu křemíku 4H- a 6H-, H představuje strukturu krystalové mřížky. Číslo představuje pořadí vrstvení atomů v krystalové struktuře, což je popsáno v níže uvedené tabulce možností SVM. Výhody tvrdosti karbidu křemíku Použití karbidu křemíku má oproti tradičnějším křemíkovým substrátům řadu výhod. Jednou z hlavních výhod tohoto materiálu je jeho tvrdost. To dává materiálu řadu výhod, ať už jde o vysokorychlostní, vysokoteplotní nebo vysokonapěťové aplikace. Destičky z karbidu křemíku mají vysokou tepelnou vodivost, což znamená, že dokáží dobře přenášet teplo z jednoho bodu do druhého. To zlepšuje jejich elektrickou vodivost a v konečném důsledku miniaturizaci, což je jeden z běžných cílů přechodu na destičky SiC. Tepelné vlastnosti Substráty SiC mají také nízký koeficient tepelné roztažnosti. Tepelná roztažnost je množství a směr, kterým se materiál roztahuje nebo smršťuje při zahřívání nebo ochlazování. Nejčastějším vysvětlením je led, ačkoli se chová opačně než většina kovů, roztahuje se při ochlazování a smršťuje se při zahřívání. Nízký koeficient tepelné roztažnosti karbidu křemíku znamená, že se při zahřívání nebo ochlazování významně nemění jeho velikost ani tvar, což z něj činí ideální volbu pro montáž do malých zařízení a pro umístění více tranzistorů na jeden čip. Další významnou výhodou těchto substrátů je jejich vysoká odolnost vůči tepelným šokům. To znamená, že mají schopnost rychle měnit teploty, aniž by se zlomily nebo praskaly. To vytváří jasnou výhodu při výrobě zařízení, protože se jedná o další charakteristiku houževnatosti, která zlepšuje životnost a výkon karbidu křemíku ve srovnání s tradičním objemovým křemíkem. Kromě svých tepelných vlastností je to velmi odolný substrát, který nereaguje s kyselinami, zásadami ani roztavenými solemi při teplotách až do 800 °C. To těmto substrátům dává všestrannost v jejich aplikacích a dále napomáhá jejich schopnosti překonat objemový křemík v mnoha aplikacích. Jeho pevnost při vysokých teplotách mu také umožňuje bezpečný provoz při teplotách nad 1600 °C. Díky tomu je vhodným substrátem prakticky pro jakoukoli aplikaci s vysokými teplotami.