В чистом виде, бесцветные, гексагональные и ромбоэдрические, в основном листовые кристаллические таблетки.
практически не растворим в воде
Инструкции по технике безопасности
Маркировка опасности GHS
Оглавление
характеристики
Физические свойства
Молярный объем α-SiC (6H, муассанит) как функция давления при комнатной температуре
Молярный объем β-SiC (3C) как функция давления при комнатной температуре
Производство
Технический карбид кремния / керамика SiC
Типичные свойства влияют на разные варианты материала. В зависимости от технологии изготовления необходимо различать керамику без видов и керамику, а также керамику с открытыми порами и плотную керамику:
Тип и соотношение типов связки имеют решающее значение для соответствующих характерных свойств керамики из карбида кремния.
Метод Ачесона
В процессе Ачесона (после Эдварда Гудрича Ачесона ) длинные углеродные отливки, залитые в порошкообразный кокс и покрытые песком, нагреваются до 2200-2400 ° C электрическим током в больших резервуарах. В результате эндотермической реакции образуется гексагональный α-карбид кремния.
CVD процесс
использовал. Имеет смысл, что это также вещества, которые находятся в газообразном состоянии при комнатной или немного повышенных температурах, такие как метилтрихлорсилан (MTS, CH 3 SiCl 3 ) с температурой кипения 70 ° C.
При разделении при высоких температурах и с водородом в качестве газа-катализатора бета-SiC и HCl образуются на горячих поверхностях и должны утилизироваться как отработанный газ.
Монокристаллический SiC получают методом CVD- эпитаксии или сублимацией поликристаллического SiC в температурном градиенте (PVT-процесс, модифицированный метод Лели).
Карбид кремния с силикатной связью
Карбид кремния рекристаллизованный (RSiC)
RSiC отличается превосходной устойчивостью к перепадам температуры благодаря своей пористости. Технология безусадочного обжига, аналогичная SiSiC, позволяет изготавливать крупноформатные компоненты, которые в основном используются в качестве тяжелой мебели для печей (балки, валки, пластины и т. Д.), Например Б. использоваться в фарфоровом огне. Из-за своей открытой пористости эта керамика не всегда устойчива к окислению и подвержена определенной степени коррозии как мебель для печи или как нагревательный элемент. Максимальная температура нанесения составляет около 1600 ° C.
Карбид кремния на нитридной связке (NSiC)
NSiC представляет собой пористый материал с пористостью 10–15% и открытой пористостью 1–5%, который получают без усадки путем азотирования формованного тела из гранулята SiC и металлического порошка Si в атмосфере азота при температуре около 1400 ° C. Первоначально металлический кремний превращается в нитрид кремния и, таким образом, образует связь между зернами SiC. Затем материал подвергается воздействию окислительной атмосферы при температуре выше 1200 ° C. Это вызывает образование тонкого антиокислительного слоя в виде стеклянного слоя на поверхности.
Матрица из нитрида кремния приводит к тому, что заготовки NSiC расплавом цветных металлов плохо смачиваются. Благодаря меньшему размеру пор по сравнению с RSiC, NSiC имеет значительно более высокую прочность на изгиб, а также лучшую стойкость к окислению и, благодаря лучшему поверхностному сопротивлению, не подвергается деформации в течение периода использования. Этот материал идеален в качестве мебели для сверхмощных печей до 1500 ° C.
Однако он также используется в машиностроении для изготовления очень износостойких и коррозионно-стойких компонентов (торцевых уплотнений).
Однако в основных средах свободный кремний подвергается химическому коррозионному воздействию, что приводит к образованию зазубрин на поверхности компонентов. Из-за чувствительности к надрезам и низкой вязкости разрушения этой керамики прочность компонента снижается.
Спеченный карбид кремния без давления (SSiC)
Карбид кремния горячего прессования (HPSiC)
Карбид кремния горячего прессования (HPSiC), а также карбид кремния горячего изостатического прессования (HIPSiC) имеют даже более высокие механические характеристики по сравнению с спеченным без давления SSiC, поскольку компоненты становятся почти беспористыми благодаря дополнительному приложению механического давления до прибл. 2000 бар во время процесса спекания. Технология осевого (HP) или изостатического (HIP) прессования ограничивает производимые компоненты относительно простой или небольшой геометрией и требует дополнительных усилий по сравнению с спеканием без давления. Поэтому HPSiC и HIPSiC используются только в зонах экстремальных нагрузок.
Жидкофазный спеченный карбид кремния (LPSSiC)
SiC волокна
Композиты
использовать
механика
Нагревательные элементы
оптика
Полупроводниковый материал
Фотодиоды
Силовая электроника
SiC МОП-транзистор
Из-за большей ширины запрещенной зоны SiC-MOSFET способен выдерживать напряженность электрического поля, которая до десяти раз выше, чем у кремния. В результате можно добиться гораздо меньшей толщины дрейфового слоя и большего допустимого выдерживаемого напряжения с помощью SiC MOSFET. Дрейфовый слой SiC-MOSFET может быть в десять раз тоньше, чем Si-MOSFET. Это уменьшение означает меньшую конструкцию SiC-MOSFET по сравнению с кремниевыми. Ввиду того, что толщина дрейфового слоя является параметром, который имеет наибольшее влияние на омическое сопротивление полевого МОП-транзистора, при его уменьшении можно ожидать резкого снижения омических потерь. Коммутационные индуктивности также становятся меньше. Омическое сопротивление в дрейфовой области также примерно равно прямому сопротивлению полевого МОП-транзистора. Прямое сопротивление / сопротивление в открытом состоянии относится к омическому сопротивлению, которое испытывает ток в прямом режиме (между электродами стока и истока). Это важный параметр для определения максимального тока, допустимого для компонента, чтобы потери мощности не превышали спецификацию. Чем меньше сопротивление включения, тем больше максимальный ток. При заданном токе потери в линии уменьшаются с уменьшением прямого сопротивления. Полупроводниковая электроника на основе SiC имеет более высокий КПД, отчасти из-за меньшей толщины дрейфового слоя. Сравнение эффективности Si-IGBT с КПД SiC-MOSFET показывает, что SiC-MOSFET на 2-4% лучше в зависимости от рабочей точки. Недостатком здесь является сильная температурная зависимость сопротивления включения SiC MOSFET.
С увеличением спроса на более мощную силовую электронику необходимо использовать очень высокие частоты переключения, чтобы уменьшить размер пассивных компонентов. Из-за меньшей коммутирующей индуктивности и потерь переключения полупроводниковая электроника SiC допускает более высокие частоты переключения, чем полупроводниковые схемы Si. Полупроводниковые переключатели SiC могут работать от двух до шести раз быстрее, чем компоненты Si. Для инверторов, например, использование SiC означает меньшие фильтры из-за более высоких возможных частот переключения, поскольку размер компонентов фильтра (индуктивности и емкости) уменьшается с увеличением рабочей частоты. Такая миниатюризация (повышенная удельная мощность) в настоящее время является значительным преимуществом. Потенциал экономии можно четко увидеть на примере применения трехфазного резонансного преобразователя постоянного тока в постоянный (LLC) с выходной мощностью 5 кВт. Преобразователь, изначально построенный на Si-IGBT, весил 7 кг при объеме 8,7 л и уменьшился до 0,9 кг всего за 1,3 л за счет использования полупроводников SiC с более высокой тактовой частотой. Коммутационные потери уменьшились на 63% при 20 кГц.Коммутатор SiC выдерживает значительно более высокие выдерживаемые напряжения по сравнению с электронными линейными переключателями на основе кремния. Основным конкурентом в этой области в настоящее время является полупроводниковый нитрид галлия, который показывает такие же хорошие или лучшие свойства. Обычно кремниевые МОП-транзисторы доступны с выдерживаемым напряжением до 900 В. Однако использование SiC позволяет создавать напряжения, превышающие 1700 В, с низким сопротивлением в открытом состоянии, что устраняет необходимость в биполярных устройствах, таких как IGBT (которые обеспечивают низкое сопротивление в открытом состоянии, но низкую скорость переключения). SiC-MOSFET постепенно заменяют Si-IGBT в инверторах для фотоэлектрических систем и для управления электродвигателями. На вопрос, почему до сих пор в фотоэлектрических инверторах не использовались Si-MOSFET, можно ответить, исходя только из величины прямого сопротивления. Для обычных N-канальных Si-MOSFET это в 20 раз больше, чем для SiC-MOSFET.
Более высокая частота / более жесткое переключение, высокое выдерживаемое напряжение в сочетании с меньшими внутренними потерями приводят к пикам тока и проблемам с колоколом, а также к большим помехам. Предыдущие исследования показали, что уровень высокочастотного шума приводной системы на основе SiC-JFET в определенных схемах может быть на 20 дБ выше, чем у сопоставимого привода на основе Si-IGBT. В результате модули SiC требуют улучшенного отключения, при котором вместо скачков напряжения используются промежуточные ступени напряжения для управления эффектами внезапных изменений тока и уменьшения звона.
В качестве недостатка здесь важно упомянуть, что производство в настоящее время все еще значительно дороже, чем производство кремниевых полупроводников. Однако для многих приложений цена играет второстепенную роль. Часто основное внимание уделяется высокой эффективности и длительному времени работы системы, поскольку разница в эффективности в десятые доли процента приводит к большим финансовым потерям или прибыли, рассчитываемым в течение всего срока службы системы.
SiC диоды Шоттки
Интегральные схемы
НАСА работает над полупроводниками и интегральными схемами на основе карбида кремния для миссии на Венеру. Предыдущие миссии на Венеру были очень недолговечными, потому что электронные компоненты выдерживают температуру, давление и серную кислоту на Венере только в течение короткого времени. Передатчик, который может работать непрерывно при 500 ° C, необходим для новой миссии.
