Tại sao chất nền Silicon Carbide sử dụng Silicon Carbide làm nguyên liệu thô

1. Độ ổn định vật lý và hóa học cao

• Độ dẫn nhiệt cao : SiC có độ dẫn nhiệt lên đến ~490 W/m·K (cao hơn nhiều so với ~150 W/m·K của silicon), cho phép tản nhiệt hiệu quả. Điều này rất quan trọng đối với các thiết bị công suất cao (ví dụ: mô-đun nguồn, thiết bị điện tử ô tô) để ngăn ngừa quá nhiệt và duy trì độ tin cậy.
• Điểm nóng chảy cao : Với điểm nóng chảy khoảng 2.700°C, SiC có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị phân hủy, cho phép hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: hàng không vũ trụ, động cơ công nghiệp).
• Tính trơ về mặt hóa học : Chống ăn mòn, oxy hóa và hóa chất mạnh, chất nền SiC lý tưởng cho các ứng dụng tiếp xúc với điều kiện khắc nghiệt (ví dụ: thăm dò dầu khí, cảm biến nhiệt độ cao).

2. Tính chất điện tuyệt vời cho các thiết bị bán dẫn

• Khoảng cách dải rộng : SiC có khoảng cách dải ~3,2 eV (so với ~1,1 eV của silicon), nghĩa là nó có thể chịu được điện áp cao hơn và hoạt động ở nhiệt độ cao hơn với tổn thất năng lượng thấp hơn. Điều này làm cho nó phù hợp với các thiết bị điện áp cao (ví dụ: bộ biến tần cho xe điện, lưới điện năng lượng tái tạo) yêu cầu tiêu tán công suất thấp và hiệu suất cao.
• Cường độ trường đánh thủng cao : Trường đánh thủng của SiC (~2,5 × 10^6 V/cm) cao hơn silicon ~10 lần, cho phép thiết kế các thiết bị mỏng hơn, nhỏ gọn hơn với tổn thất chuyển mạch giảm. Ví dụ, MOSFET và diode công suất dựa trên SiC có thể xử lý điện áp lên đến 10 kV, khiến chúng trở nên thiết yếu đối với thiết bị điện tử công suất thế hệ tiếp theo.
• Độ linh động điện tử cao : Ở điện trường cao, các electron trong SiC di chuyển nhanh hơn trong silicon, cho phép tốc độ chuyển mạch nhanh hơn trong bóng bán dẫn. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng tần số cao như trạm gốc 5G và hệ thống radar.

3. Khả năng tương thích với sản xuất chất bán dẫn tiên tiến

• Cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết : SiC có thể được phát triển ở dạng tinh thể đơn với độ tinh khiết cao và ít khuyết tật, đảm bảo hiệu suất điện nhất quán. Các kỹ thuật epitaxy hiện đại (ví dụ, lắng đọng hơi hóa học, CVD) cho phép tạo ra các màng mỏng chất lượng cao trên nền SiC để chế tạo thiết bị.
• Tích hợp với vật liệu có khoảng cách băng rộng : SiC đóng vai trò là chất nền cho các chất bán dẫn có khoảng cách băng rộng khác như gali nitride (GaN), cho phép tạo ra các cấu trúc thiết bị lai kết hợp những ưu điểm tốt nhất của cả hai vật liệu (ví dụ: cấu trúc dị thể GaN trên SiC cho các ứng dụng công suất cao, tần số cao).

4. Ưu điểm về môi trường và hiệu suất

• Hiệu quả năng lượng : Các thiết bị trên nền SiC tiêu thụ ít năng lượng hơn và tỏa ra ít nhiệt hơn, góp phần giảm lượng khí thải carbon. Ví dụ, bộ biến tần dựa trên SiC trong xe điện có thể cải thiện phạm vi pin từ 5–10% so với các giải pháp thay thế dựa trên silicon.
• Thu nhỏ : Trường phân hủy cao cho phép các lớp thiết bị mỏng hơn, tạo ra các thành phần nhỏ hơn, nhẹ hơn. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng điện tử di động, hàng không vũ trụ và ô tô, nơi không gian và trọng lượng là rất quan trọng.

5. Nhu cầu thị trường và xu hướng công nghệ

• Tăng trưởng trong các ứng dụng công suất cao : Khi các ngành công nghiệp chuyển sang điện khí hóa (ví dụ: xe điện, lưu trữ năng lượng tái tạo), nhu cầu về các thiết bị điện hiệu suất cao, điện áp cao đã tăng vọt. Chất nền SiC đóng vai trò trung tâm trong việc đáp ứng nhu cầu này.
• 5G và Truyền thông thế hệ tiếp theo : Khả năng tần số cao của SiC khiến nó trở nên cần thiết cho cơ sở hạ tầng 5G, nơi các thiết bị phải xử lý đồng thời tốc độ dữ liệu và công suất cao.

Tóm tắt: Tại sao lại chọn SiC làm nguyên liệu thô?