Comprenez la vie passée du carbure de silicium !

Le carbure de silicium (SiC) est fondu à haute température dans un four à résistance en utilisant du sable de quartz, du coke de pétrole (ou coke de charbon) et des copeaux de bois comme matières premières. Le carbure de silicium existe également dans la nature sous forme de minéral rare, la moissanite. Le carbure de silicium est également appelé moissanite. Parmi les matières premières réfractaires contemporaines de haute technologie sans oxyde telles que C, N et B, le carbure de silicium est le plus largement utilisé et le plus économique. On peut l'appeler sable émeri ou sable réfractaire.

1. La vie passée et présente du carbure de silicium
En raison de ses propriétés chimiques stables, de sa conductivité thermique élevée, de son faible coefficient de dilatation thermique et de sa bonne résistance à l'usure, le carbure de silicium a de nombreuses autres utilisations en plus d'être utilisé comme abrasif, comme le revêtement de poudre de carbure de silicium avec un procédé spécial sur la paroi intérieure du turbine de turbine ou bloc-cylindres, il peut améliorer sa résistance à l'usure et prolonger sa durée de vie de 1 à 2 fois ; le matériau réfractaire avancé qui en est composé est résistant aux chocs thermiques, de petite taille, léger, de haute résistance et a un bon effet d'économie d'énergie. Le carbure de silicium de faible qualité (contenant environ 85 % de SiC) est un excellent désoxydant. Il peut accélérer la fabrication de l’acier, faciliter le contrôle de la composition chimique et améliorer la qualité de l’acier. En outre, le carbure de silicium est également largement utilisé dans la production de tiges de carbure de silicium pour éléments chauffants électriques.
Le carbure de silicium est très dur, avec une dureté Mohs de 9,5, juste derrière le diamant le plus dur au monde (niveau 10). Il possède une excellente conductivité thermique, est un semi-conducteur et peut résister à l’oxydation à haute température.

2. Caractéristiques avantageuses des dispositifs en carbure de silicium
Le carbure de silicium (SiC) est actuellement le matériau semi-conducteur à large bande interdite le plus mature. Les pays du monde entier attachent une grande importance à la recherche sur le SiC et ont investi beaucoup de ressources humaines et matérielles dans un développement actif. Les États-Unis, l'Europe, le Japon, etc. ne sont pas seulement des plans de recherche correspondants ont été formulés au niveau national, et certains géants internationaux de l'électronique ont également investi massivement dans le développement de dispositifs semi-conducteurs en carbure de silicium.
Par rapport au silicium ordinaire, les composants utilisant du carbure de silicium présentent les caractéristiques suivantes :

Caractéristiques haute tension :
Les dispositifs en carbure de silicium ont une résistance à la tension 10 fois supérieure à celle des dispositifs en silicium équivalents.
La résistance à la tension des tubes Schottky en carbure de silicium peut atteindre 2 400 V.
Les tubes à effet de champ en carbure de silicium peuvent supporter des tensions de plusieurs dizaines de milliers de volts et leur résistance à l'état passant n'est pas très grande.

Caractéristiques haute fréquence :

Caractéristiques à haute température :
Aujourd'hui, alors que les matériaux Si sont proches de la limite de performance théorique, les dispositifs de puissance SiC ont toujours été considérés comme des « dispositifs idéaux » et sont très attendus en raison de leur tension de tenue élevée, de leurs faibles pertes, de leur rendement élevé et d'autres caractéristiques. Cependant, par rapport aux dispositifs précédents en matériau Si, l'équilibre entre les performances et le coût des dispositifs de puissance SiC et leur demande de haute technologie deviendra la clé pour savoir si les dispositifs de puissance SiC peuvent vraiment devenir populaires.

À l'heure actuelle, les dispositifs en carbure de silicium de faible puissance sont entrés dans la phase de production pratique de dispositifs en laboratoire. À l'heure actuelle, le prix des plaquettes en carbure de silicium est encore relativement élevé et elles présentent également de nombreux défauts. Grâce à une recherche et un développement continus, on s'attend à ce que les dispositifs en carbure de silicium dominent le marché des dispositifs de puissance d'ici 2010 environ. Mais ce n'est pas le cas.

3. Quelle est la situation actuelle du développement des dispositifs en carbure de silicium ?
1. Paramètres techniques : par exemple, la tension de la diode Schottky passe de 250 volts à plus de 1,000 volts, la surface de la puce est plus petite, mais le courant n'est que de quelques dizaines d'ampères. La température de fonctionnement est augmentée à 180 degrés, ce qui est loin des 600 degrés introduits. La chute de tension est encore plus insatisfaisante, elle n'est pas différente du matériau silicium et la chute de tension directe élevée doit atteindre 2 V.
2. Prix du marché : environ 5 à 6 fois celui de la fabrication de matériaux en silicium.

4. Quelles sont les difficultés de développement du carbure de silicium (SiC) ?Le problème dans le développement de dispositifs en carbure de silicium ne réside pas dans la conception principale de la puce, en particulier dans la conception de la structure de la puce. Il n'est pas difficile de le résoudre. La difficulté réside dans la réalisation du processus de fabrication de la structure de la puce. Des exemples sont les suivants : 1. Densité de défauts des microtubes de tranches de carbure de silicium. 2. L'efficacité du processus épitaxial est faible. 3. Le processus de dopage comporte des exigences particulières.

4. Production de contact ohmique. 5. Résistance à la température des matériaux de support.

Ce qui précède ne sont que quelques exemples, pas tous. Il existe encore de nombreux problèmes de processus qui n'ont pas de solution idéale, tels que le processus de tranchée de surface des semi-conducteurs en carbure de silicium, le processus de passivation terminale et l'impact de l'état d'interface de la couche d'oxyde de grille sur la stabilité à long terme des dispositifs MOSFET en carbure de silicium. L’industrie est-elle déjà parvenue à un consensus ? Des conclusions cohérentes, etc., ont grandement entravé le développement rapide des dispositifs électriques en carbure de silicium.

5. Aperçu du développement des principaux domaines d'application du carbure de silicium

Actuellement, la troisième génération de matériaux semi-conducteurs est à l’origine d’une révolution dans le domaine des énergies propres et d’une nouvelle génération de technologies de l’information électronique. Qu'il s'agisse d'éclairage, d'appareils électroménagers, d'équipements électroniques grand public, de véhicules à énergies nouvelles, de réseaux intelligents ou de fournitures militaires, ces semi-conducteurs hautes performances sont des matériaux très demandés. Selon le développement des semi-conducteurs de troisième génération, ses principales applications sont l'éclairage à semi-conducteurs, les dispositifs électroniques de puissance, les lasers et les détecteurs, ainsi que quatre autres domaines.
1. Éclairage à semi-conducteurs
Parmi les quatre domaines d'application, l'industrie de l'éclairage à semi-conducteurs s'est développée le plus rapidement et a formé une industrie de plusieurs dizaines de milliards de dollars.
2. Alimenter les appareils électroniques
Dans le domaine de l'électronique de puissance, l'application des semi-conducteurs à large bande interdite vient de commencer et la taille du marché ne représente que quelques centaines de millions de dollars américains. Son application se concentre principalement dans le domaine des équipements militaires de pointe et s’étend progressivement au domaine civil.
3. Lasers et détecteurs
Dans le domaine des applications laser et détecteurs, les lasers à base de GaN peuvent couvrir une large gamme de spectre et réaliser la fabrication de lasers bleus, verts et ultraviolets ainsi que la détection ultraviolette.
4. Autres applications
Dans le domaine de la recherche de pointe, les semi-conducteurs à large bande interdite peuvent être utilisés dans les cellules solaires, les biocapteurs, les supports de production d’hydrogène à base d’eau et d’autres applications émergentes. Actuellement, ces domaines chauds sont encore au stade de la recherche et du développement en laboratoire.