Silikon karbida (SiC) adalah senyawa yang menarik. Anda dapat menemukannya di industri semikonduktor dan produk keramik canggih. Hal ini sering menimbulkan kebingungan, karena orang mungkin mengira keduanya adalah material yang sama. Padahal, keduanya tidak. Silikon karbida dapat berupa keramik canggih yang keras dan tahan aus sekaligus semikonduktor yang efisien dan hemat energi. Meskipun kedua bentuk ini memiliki kesamaan bahan kimia Komposisinya, keduanya memainkan peran yang sangat berbeda di sektor industri. Karbida silikon keramik dan karbida silikon semikonduktor berbeda secara signifikan dalam hal struktur kristal, proses preparasi, karakteristik kinerja, dan aplikasi:
Persyaratan Kemurnian Bahan Baku
Karbida silikon kelas keramik memiliki persyaratan kemurnian yang relatif rendah. Kemurniannya biasanya berkisar antara 90% dan 98% untuk produk kelas industri umum. Keramik struktural berkinerja tinggi mungkin memerlukan kemurnian 98%-99,5%. Sebagai contoh, SiC yang disinter secara reaksi membutuhkan kadar silikon bebas yang rendah. Hal ini memungkinkan adanya sedikit pengotor. Terkadang, bahan pembantu sinter seperti alumina (Al₂O₃) atau yttria (Y₂O₃) ditambahkan. Aditif ini meningkatkan kinerja sintering. Aditif ini membantu menurunkan suhu sintering dan meningkatkan densitas produk akhir.
Karbida silikon tingkat semikonduktor membutuhkan kemurnian yang sangat tinggi. SiC kristal tunggal tingkat substrat harus memiliki kemurnian ≥99,9999% (6N). Beberapa aplikasi tingkat tinggi membutuhkan kemurnian 7N (99,99999%). Konsentrasi pengotor, terutama boron (B), aluminium (Al), dan vanadium (V), harus dijaga di bawah 10¹⁶ atom/cm³. Bahkan sejumlah kecil pengotor seperti besi (Fe) atau boron (B) dapat sangat memengaruhi kinerja listrik. Hal ini menyebabkan hamburan pembawa muatan, penurunan kekuatan tembus, dan penurunan kinerja serta keandalan perangkat.
Struktur dan Kualitas Kristal
Karbida silikon kelas keramik umumnya tersedia dalam bentuk bubuk polikristalin atau badan sinter. Badan ini terdiri dari kristal SiC kecil yang tersusun acak. Struktur kristalnya mencakup beberapa bentuk kristal, seperti α-SiC dan β-SiC. Tidak ada persyaratan ketat untuk satu jenis kristal saja. Fokusnya adalah pada kerapatan dan keseragaman material. Struktur internalnya mengandung batas butir dan pori-pori kecil. Karbida silikon juga dapat mengandung bahan pembantu sintering seperti alumina atau yttria.
Karbida silikon kelas semikonduktor harus berupa substrat kristal tunggal atau lapisan epitaksial. Struktur kristalnya sangat teratur. Jenis kristal tertentu harus dikontrol. Teknik pertumbuhan kristal presisi tinggi, seperti 4H-SiC dan 6H-SiC, digunakan. Sifat listrik seperti mobilitas elektron dan celah pita sangat sensitif terhadap jenis kristal. Jenis kristal 4H-SiC lebih disukai untuk perangkat daya. Jenis kristal ini menawarkan mobilitas pembawa muatan dan ketahanan tembus yang tinggi.
Proses Persiapan
Proses persiapan silikon karbida kelas keramik relatif sederhana. Proses ini melibatkan persiapan bubuk, pembentukan, dan sintering. Proses ini mirip dengan "pembakaran batu bata". Serbuk SiC kelas industri, biasanya berukuran mikron, dicampur dengan bahan pengikat. Campuran ini ditekan hingga membentuk. Kemudian disinter pada suhu tinggi (1600°C – 2200°C). Hal ini menyebabkan difusi antar partikel untuk memadatkan material. Kepadatan 90% atau lebih biasanya sudah memadai. Proses ini tidak memerlukan kontrol pertumbuhan kristal yang presisi. Proses ini berfokus pada stabilitas dan konsistensi pembentukan dan sintering. Fleksibilitas ini memungkinkan produksi komponen dengan bentuk yang kompleks. Persyaratan kemurnian bahan baku relatif rendah.
Proses persiapan silikon karbida tingkat semikonduktor jauh lebih kompleks. Proses ini meliputi: persiapan bubuk kemurnian tinggi, pertumbuhan substrat kristal tunggal, deposisi lapisan epitaksial, dan manufaktur perangkat. Substrat kristal tunggal biasanya ditumbuhkan menggunakan transpor uap fisik (PVT). Proses ini membutuhkan suhu tinggi (2200°C – 2400°C) dan kondisi vakum tinggi. Kontrol gradien suhu (±1°C) dan tekanan yang presisi diperlukan untuk memastikan integritas kristal. Setelah itu, deposisi uap kimia (CVD) digunakan untuk menumbuhkan lapisan epitaksial. Proses ini harus dilakukan di lingkungan yang sangat bersih, seperti ruang bersih Kelas 10. Kontaminasi harus dicegah untuk menjaga kinerja material. Proses ini sangat presisi. Kemurnian bahan baku yang ketat (>99.9999%) dan standar peralatan diperlukan.
Perbedaan Biaya dan Fokus Pasar
Karbida silikon kelas keramik lebih murah. Karbida ini menggunakan bubuk SiC kelas industri dan proses preparasi yang lebih sederhana. Harga per ton biasanya berkisar antara ribuan hingga puluhan ribu yuan. Aplikasi pasarnya luas, terutama menargetkan industri seperti bahan abrasif, bahan tahan api, dan sektor-sektor lain yang sensitif terhadap biaya.
Karbida silikon kelas semikonduktor sangat mahal. Proses persiapan substratnya panjang. Pengendalian cacatnya menantang. Tingkat hasil rendah. Substrat 6 inci bisa berharga beberapa ribu dolar. Pasarnya difokuskan pada bidang elektronik kelas atas. Ini termasuk perangkat semikonduktor daya dan komponen RF. Dengan pesatnya pertumbuhan industri seperti kendaraan listrik dan komunikasi 5G, permintaan pasar meningkat pesat.
Area Aplikasi
Silikon karbida kelas keramik adalah "bahan tangguh industri". Bahan ini terutama digunakan sebagai material struktural. Karbida ini memiliki sifat mekanik yang sangat baik, seperti kekerasan tinggi dan ketahanan aus. Karbida ini juga memiliki sifat termal yang sangat baik, seperti ketahanan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi. Karbida ini banyak digunakan dalam bahan abrasif (roda gerinda, amplas), material tahan api (lapisan tungku), dan komponen tahan aus/korosi (bodi pompa, lapisan pipa).
Silikon karbida kelas semikonduktor adalah "elit elektronik". Ia memanfaatkan sifat semikonduktor celah pita lebarnya. Ia memberikan keunggulan unik dalam perangkat elektronik. Pada perangkat daya, seperti inverter untuk kendaraan listrik dan konverter untuk jaringan listrik, ia meningkatkan efisiensi konversi daya dan mengurangi kehilangan energi. Pada perangkat RF, seperti stasiun pangkalan 5G dan radar, semikonduktor SiC meningkatkan frekuensi operasional dan kemampuan transmisi sinyal. Ia juga digunakan dalam perangkat optoelektronik, seperti substrat LED biru, yang menghasilkan sumber cahaya biru terang.
| Ukuran | Silikon karbida untuk keramik | Silikon karbida untuk semikonduktor |
| Struktur kristal | Polikristalin, berbagai bentuk kristal | Kristal tunggal, penyaringan bentuk kristal yang ketat |
| Fokus persiapan | Pemadatan dan pengendalian bentuk | Kontrol kualitas kristal dan kinerja listrik |
| Prioritas kinerja | Kekuatan mekanik, ketahanan korosi, stabilitas termal | Sifat kelistrikan (lebar celah pita, medan listrik tembus, dll.) |
| Skenario aplikasi | Bagian struktural, bagian tahan aus, bagian tahan suhu tinggi | Perangkat berdaya tinggi, perangkat frekuensi tinggi, perangkat optoelektronik |
| Berbasis biaya | Fleksibilitas proses, biaya bahan baku | Tingkat pertumbuhan kristal, akurasi peralatan, kemurnian bahan baku |
Bubuk Epik
Kesimpulannya, Epic Powder memainkan peran penting dalam memajukan produksi silikon karbida kelas keramik dan semikonduktor. Dengan menyediakan peralatan penggilingan mutakhir seperti ball mill, jet mill, dan classifier, Epic Powder memastikan bahan baku memenuhi persyaratan kemurnian, struktur, dan kinerja yang ketat untuk berbagai aplikasi. Solusi khusus kami mendukung berbagai industri, mulai dari keramik hingga semikonduktor, menghadirkan standar tertinggi dalam pemrosesan material dan memungkinkan kemajuan teknologi di berbagai sektor.