¿Qué es el carburo de silicio?

Como sugiere el nombre, el carburo de silicio es un importante material semiconductor de tercera generación, que es un compuesto compuesto de Si y C. Esta combinación de estos dos elementos da como resultado una estructura tetraédrica robusta, lo que le confiere numerosas ventajas y amplias perspectivas de aplicación, especialmente en los campos de la electrónica de potencia y las nuevas energías.

Por supuesto, el material de SiC no está compuesto de un único tetraedro de un átomo de Si y un átomo de C, sino de innumerables átomos de Si y C. Una gran cantidad de átomos de Si y C forman capas atómicas dobles onduladas (una capa de átomos de C y una capa de átomos de Si), y numerosas capas atómicas dobles se apilan para formar cristales de SiC. Debido a los cambios periódicos que ocurren durante el proceso de apilamiento de las capas dobles atómicas de Si-C, actualmente existen más de 200 estructuras cristalinas diferentes con distintas disposiciones. Actualmente, las formas cristalinas más comunes en aplicaciones prácticas son 3C-SiC, 4H-SiC y 6H-SiC.

Las ventajas de los cristales de carburo de silicio:

(1) Propiedades mecánicas

Los cristales de carburo de silicio tienen una dureza extremadamente alta y una buena resistencia al desgaste, siendo el segundo cristal más duro encontrado hasta ahora, sólo después del diamante. Debido a sus excelentes propiedades mecánicas, el carburo de silicio en polvo se usa a menudo en la industria del corte o pulido, y los recubrimientos resistentes al desgaste en algunas piezas de trabajo también usan recubrimientos de carburo de silicio; por ejemplo, el recubrimiento resistente al desgaste en la cubierta del buque de guerra Shandong está hecho de carburo de silicio.

(2) Propiedades térmicas

La conductividad térmica del carburo de silicio es 3 veces mayor que la del semiconductor tradicional Si y 8 veces mayor que la del GaAs. Los dispositivos fabricados con carburo de silicio pueden disipar el calor generado rápidamente, por lo que los dispositivos de carburo de silicio tienen requisitos relativamente flexibles sobre las condiciones de disipación de calor y son más adecuados para fabricar dispositivos de alta potencia. El carburo de silicio también tiene propiedades termodinámicas estables: bajo presión normal, se descompone directamente en vapor de Si y C a altas temperaturas sin fundirse.

(3) Propiedades químicas

El carburo de silicio tiene propiedades químicas estables y una excelente resistencia a la corrosión. No reacciona con ningún ácido conocido a temperatura ambiente. Cuando el carburo de silicio se coloca en el aire durante mucho tiempo, se formará lentamente una fina capa densa de SiO2 en su superficie, lo que evitará más reacciones de oxidación.

(4) Propiedades eléctricas

Como material representativo de los semiconductores de banda prohibida ancha, los anchos de banda prohibida de 6H-SiC y 4H-SiC son 3,0 eV y 3,2 eV respectivamente, que son 3 veces mayores que los del Si y 2 veces mayores que los del GaAs. Los dispositivos semiconductores fabricados con carburo de silicio tienen una corriente de fuga menor y un campo eléctrico de ruptura mayor, por lo que el carburo de silicio se considera un material ideal para dispositivos de alta potencia. La movilidad de electrones saturados del carburo de silicio también es 2 veces mayor que la del Si, lo que le confiere ventajas obvias en la fabricación de dispositivos de alta frecuencia.

(5) Propiedades ópticas

Debido a su amplia banda prohibida, los cristales de carburo de silicio no dopados son incoloros y transparentes. Los cristales de carburo de silicio dopados muestran diferentes colores debido a diferencias en sus propiedades. Por ejemplo, después de dopar con N, el 6H-SiC aparece verde, el 4H-SiC aparece marrón y el 15R-SiC aparece amarillo; el dopaje con Al hace que el 4H-SiC parezca azul. Observar el color para determinar el politipo es un método intuitivo para distinguir los politipos de carburo de silicio.

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