O que é o carboneto de silício?

Como o nome sugere, o carboneto de silício é um importante material semicondutor de terceira geração, que é um composto composto por Si e C. Esta combinação destes dois elementos resulta numa estrutura tetraédrica robusta, conferindo-lhe inúmeras vantagens e amplas perspectivas de aplicação, especialmente nas áreas de eletrônica de potência e novas energias.

É claro que o material de SiC não é composto de um único tetraedro de um átomo de Si e um átomo de C, mas de incontáveis ​​átomos de Si e C. Um grande número de átomos de Si e C formam camadas atômicas duplas onduladas (uma camada de átomos de C e uma camada de átomos de Si), e numerosas camadas atômicas duplas se empilham para formar cristais de SiC. Devido às mudanças periódicas que ocorrem durante o processo de empilhamento das camadas atômicas duplas de Si-C, existem atualmente mais de 200 estruturas cristalinas diferentes com arranjos distintos. Atualmente, as formas cristalinas mais comuns em aplicações práticas são 3C-SiC, 4H-SiC e 6H-SiC.

As vantagens dos cristais de carboneto de silício:

(1) Propriedades Mecânicas

os cristais de carboneto de silício possuem dureza extremamente alta e boa resistência ao desgaste, sendo o segundo cristal mais duro encontrado até o momento, atrás apenas do diamante. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, o carboneto de silício em pó é frequentemente usado na indústria de corte ou polimento, e os revestimentos resistentes ao desgaste em algumas peças também usam revestimentos de carboneto de silício - por exemplo, o revestimento resistente ao desgaste no convés do navio de guerra Shandong é feito de carboneto de silício.

(2) Propriedades Térmicas

A condutividade térmica do carboneto de silício é 3 vezes maior que a do semicondutor tradicional Si e 8 vezes maior que a do GaAs. Dispositivos feitos de carboneto de silício podem dissipar o calor gerado rapidamente, portanto, os dispositivos de carboneto de silício têm requisitos relativamente flexíveis nas condições de dissipação de calor e são mais adequados para a fabricação de dispositivos de alta potência. O carboneto de silício também possui propriedades termodinâmicas estáveis: sob pressão normal, ele se decompõe diretamente em vapor de Si e C em altas temperaturas sem derreter.

(3) Propriedades Químicas

O carboneto de silício possui propriedades químicas estáveis ​​e excelente resistência à corrosão. Não reage com nenhum ácido conhecido à temperatura ambiente. Quando o carboneto de silício é colocado no ar por um longo período, uma fina camada densa de SiO2 se formará lentamente em sua superfície, evitando novas reações de oxidação.

(4) Propriedades Elétricas

Como um material representativo de semicondutores de banda larga, as larguras de banda larga de 6H-SiC e 4H-SiC são 3,0 eV e 3,2 eV, respectivamente, que são 3 vezes maiores que as do Si e 2 vezes maiores que as do GaAs. Dispositivos semicondutores feitos de carboneto de silício têm menor corrente de fuga e maior campo elétrico de ruptura, portanto o carboneto de silício é considerado um material ideal para dispositivos de alta potência. A mobilidade eletrônica saturada do carboneto de silício também é 2 vezes maior que a do Si, proporcionando vantagens óbvias na fabricação de dispositivos de alta frequência.

(5) Propriedades ópticas

Devido ao seu amplo bandgap, os cristais de carboneto de silício não dopados são incolores e transparentes. Os cristais de carboneto de silício dopados apresentam cores diferentes devido às diferenças em suas propriedades. Por exemplo, após dopagem com N, 6H-SiC aparece verde, 4H-SiC aparece marrom e 15R-SiC aparece amarelo; dopagem com Al faz com que o 4H-SiC pareça azul. Observar a cor para determinar o politipo é um método intuitivo para distinguir politipos de carboneto de silício.

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