Silisyum karbür (SiC) büyüleyici bir bileşiktir. Yarı iletken endüstrisinde ve gelişmiş seramik ürünlerinde bulabilirsiniz. Bu durum genellikle kafa karışıklığına yol açar, çünkü insanlar bunların aynı malzeme olduğunu düşünebilir. Ancak, değillerdir. Silisyum karbür hem sert, aşınmaya dayanıklı gelişmiş bir seramik hem de verimli, enerji tasarruflu bir yarı iletken olabilir. Her iki form da aynı özellikleri paylaşsa da kimyasal Bileşimleri itibarıyla endüstriyel sektörde tamamen farklı iki rol oynarlar. Seramik silisyum karbür ve yarı iletken silisyum karbür, kristal yapı, hazırlama süreçleri, performans özellikleri ve uygulama alanları bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir:
Hammadde Saflık Gereksinimleri
Seramik sınıfı silisyum karbürün saflık gereksinimleri nispeten düşüktür. Genel endüstriyel sınıf ürünler için genellikle 90% ile 98% arasındadır. Yüksek performanslı yapısal seramikler 98%-99,5% saflık gerektirebilir. Örneğin, reaksiyonla sinterlenmiş SiC düşük serbest silisyum içeriği gerektirir. Az miktarda safsızlığa izin verir. Bazen alümina (Al₂O₃) veya itriya (Y₂O₃) gibi sinterleme yardımcıları eklenir. Bu katkı maddeleri sinterleme performansını iyileştirir, sinterleme sıcaklığını düşürmeye ve nihai ürün yoğunluğunu artırmaya yardımcı olur.
Yarı iletken sınıfı silisyum karbür son derece yüksek saflık gerektirir. Alt tabaka düzeyindeki tek kristal SiC, ≥99,9999% (6N) saflıkta olmalıdır. Bazı üst düzey uygulamalar 7N (99,99999%) saflık gerektirir. Safsızlık konsantrasyonları, özellikle bor (B), alüminyum (Al) ve vanadyum (V), 10¹⁶ atom/cm³'ün altında tutulmalıdır. Demir (Fe) veya bor (B) gibi eser miktardaki safsızlıklar bile elektriksel performansı ciddi şekilde etkileyebilir. Bu durum, taşıyıcı saçılmasına, bozulma dayanımının azalmasına ve cihaz performansının ve güvenilirliğinin azalmasına neden olur.
Kristal Yapısı ve Kalitesi
Seramik sınıfı silisyum karbür genellikle polikristalin toz veya sinterlenmiş gövdeler halinde bulunur. Bunlar, rastgele düzenlenmiş küçük SiC kristallerinden oluşur. Kristal yapı, α-SiC ve β-SiC gibi birden fazla kristal formunu içerir. Tek bir kristal türü için kesin bir gereklilik yoktur. Odak noktası, malzeme yoğunluğu ve homojenliğidir. İç yapısı tane sınırları ve küçük gözenekler içerir. Ayrıca alümina veya itriya gibi sinterleme yardımcıları da içerebilir.
Yarı iletken sınıfı silisyum karbür, tek kristalli bir alt tabaka veya epitaksiyel katman olmalıdır. Kristal yapısı oldukça düzenlidir. Belirli kristal tipleri kontrol edilmelidir. 4H-SiC ve 6H-SiC gibi yüksek hassasiyetli kristal büyütme teknikleri kullanılır. Elektron hareketliliği ve bant aralığı gibi elektriksel özellikler, kristal tipine oldukça duyarlıdır. Güç cihazları için 4H-SiC kristal tipi tercih edilir. Yüksek taşıyıcı hareketliliği ve bozulma dayanımı sunar.
Hazırlık Süreci
Seramik sınıfı silisyum karbürün hazırlanma süreci nispeten basittir. toz hazırlama, şekillendirme ve sinterleme. Bu işlem "tuğla pişirme" işlemine benzer. Genellikle mikron boyutundaki endüstriyel sınıf SiC tozu, bir bağlayıcı ile karıştırılır. Karışım preslenerek şekillendirilir. Daha sonra yüksek sıcaklıklarda (1600°C - 2200°C) sinterlenir. Bu, malzemenin yoğunlaşması için parçacıklar arasında difüzyona neden olur. Genellikle 90% veya daha yüksek bir yoğunluk yeterlidir. İşlem, hassas kristal büyüme kontrolü gerektirmez. Şekillendirme ve sinterlemenin kararlılığına ve tutarlılığına odaklanır. Bu esneklik, karmaşık şekilli bileşenlerin üretilmesini sağlar. Hammadde saflık gereksinimleri nispeten düşüktür.
Yarı iletken sınıfı silisyum karbürün hazırlanma süreci çok daha karmaşıktır. yüksek saflıkta toz hazırlama, tek kristal alttaş büyütme, epitaksiyel katman biriktirme ve cihaz üretimi. Tek kristal alttaşlar genellikle fiziksel buhar aktarımı (PVT) kullanılarak büyütülür. Bu, yüksek sıcaklıklar (2200°C - 2400°C) ve yüksek vakum koşulları gerektirir. Kristal bütünlüğünü sağlamak için sıcaklık gradyanlarının (±1°C) ve basıncın hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Ardından, epitaksiyel katmanı büyütmek için kimyasal buhar biriktirme (CVD) kullanılır. İşlem, Sınıf 10 temiz odalar gibi ultra temiz ortamlarda gerçekleştirilmelidir. Malzeme performansını korumak için kirlenme önlenmelidir. Bu işlem son derece hassastır. Sıkı hammadde saflığı (>99.9999%) ve ekipman standartları gereklidir.
Maliyet Farkları ve Pazar Odaklılık
Seramik sınıfı silisyum karbür daha ucuzdur. Endüstriyel sınıf SiC tozu ve daha basit bir hazırlama süreci kullanır. Ton başına fiyatı genellikle binlerce ila on binlerce yuan arasında değişir. Pazar uygulamaları geniştir ve esas olarak aşındırıcılar, refrakter malzemeler ve maliyet açısından hassas diğer sektörleri hedefler.
Yarı iletken sınıfı silisyum karbür son derece pahalıdır. Alt tabaka hazırlama süreci uzundur. Hata kontrolü zordur. Verim oranı düşüktür. 6 inçlik bir alt tabakanın maliyeti birkaç bin dolardır. Pazarı, üst düzey elektronik alanlara odaklanmıştır. Bunlar arasında güç yarı iletken cihazları ve RF bileşenleri bulunur. Elektrikli araçlar ve 5G iletişim gibi endüstrilerin hızla büyümesiyle birlikte, pazar talebi de hızla artmaktadır.
Uygulama alanları
Seramik sınıfı silisyum karbür, "endüstriyel dayanıklılık" anlamına gelir. Esas olarak yapısal bir malzeme olarak kullanılır. Yüksek sertlik ve aşınma direnci gibi mükemmel mekanik özelliklere sahiptir. Ayrıca, yüksek sıcaklık direnci ve oksidasyon direnci gibi mükemmel termal özelliklere de sahiptir. Aşındırıcılarda (taşlama taşları, zımpara kağıdı), refrakter malzemelerde (fırın astarları) ve aşınmaya/korozyona dayanıklı bileşenlerde (pompa gövdeleri, boru astarları) yaygın olarak kullanılır.
Yarı iletken sınıfı silisyum karbür, "elektronik elit"tir. Geniş bant aralığına sahip yarı iletken özelliklerinden yararlanır. Elektronik cihazlarda benzersiz avantajlar sunar. Elektrikli araçlar için invertörler ve elektrik şebekeleri için dönüştürücüler gibi güç cihazlarında, güç dönüşüm verimliliğini artırır ve enerji kaybını azaltır. 5G baz istasyonları ve radarlar gibi RF cihazlarında ise yarı iletken SiC, çalışma frekansını ve sinyal iletim kapasitelerini artırır. Ayrıca, mavi LED alt tabakaları gibi optoelektronik cihazlarda da kullanılarak parlak mavi ışık kaynaklarına katkıda bulunur.
| Boyutlar | Seramikler için silisyum karbür | Yarı iletkenler için silisyum karbür |
| Kristal yapı | Polikristalin, çeşitli kristal formları | Tek kristal, sıkı kristal form taraması |
| Hazırlık odağı | Yoğunlaştırma ve şekil kontrolü | Kristal kalitesi ve elektriksel performans kontrolü |
| Performans önceliği | Mekanik dayanıklılık, korozyon direnci, termal kararlılık | Elektriksel özellikler (bant aralığı genişliği, bozulma elektrik alanı, vb.) |
| Uygulama senaryoları | Yapısal parçalar, aşınmaya dayanıklı parçalar, yüksek sıcaklığa dayanıklı parçalar | Yüksek güçlü cihazlar, yüksek frekanslı cihazlar, optoelektronik cihazlar |
| Maliyet odaklı | Proses esnekliği, hammadde maliyeti | Kristal büyüme hızı, ekipman doğruluğu, hammadde saflığı |
Epik Toz
Sonuç olarak, Epic Powder hem seramik hem de yarı iletken sınıfı silisyum karbür üretiminin ilerlemesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bilyalı değirmenler, jet değirmenler ve sınıflandırıcılar gibi son teknoloji öğütme ekipmanları sağlayarak Epic Powder, hammaddelerin çeşitli uygulamalar için katı saflık, yapı ve performans gerekliliklerini karşılamasını sağlar. Özel çözümlerimiz, seramikten yarı iletkenlere kadar tüm endüstrileri destekleyerek, malzeme işlemede en yüksek standartları sunar ve farklı sektörlerde teknolojik ilerlemelere olanak tanır.