Carbure de silicium
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Qu’est-ce que le carbure de silicium ?
Le carbure de silicium, également connu sous le nom de SiC, est un matériau de base semi-conducteur constitué de silicium pur et de carbone pur. Vous pouvez doper le SiC avec de l'azote ou du phosphore pour former un semi-conducteur de type n- ou le doper avec du béryllium, du bore, de l'aluminium ou du gallium pour former un semi-conducteur de type ap-. Les versions plus foncées et plus courantes du carbure de silicium contiennent souvent des impuretés de fer et de carbone, mais les cristaux de SiC pur sont incolores et se forment lorsque le carbure de silicium se sublime à 2 700 degrés Celsius.
Comment est fabriqué le carbure de silicium ?
Méthode Lely
La méthode de fabrication de carbure de silicium la plus simple consiste à faire fondre du sable de silice et du carbone, comme le charbon, à des températures élevées, jusqu'à 2 500 degrés Celsius. Au cours de ce processus, un creuset en granit chauffe à très haute température, généralement par induction, pour sublimer la poudre de carbure de silicium. Une tige de graphite à température plus basse est en suspension dans le mélange gazeux, ce qui permet intrinsèquement au carbure de silicium pur de se déposer et de former des cristaux.
Dépôt chimique en phase vapeur
Alternativement, les fabricants cultivent du SiC cubique en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur, qui est couramment utilisé dans les processus de synthèse à base de carbone-et utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs. Dans cette méthode, un mélange chimique spécialisé de gaz pénètre dans un environnement sous vide et se combine avant de se déposer sur un substrat.
Tension de claquage plus élevée
Le SiC a une tension de claquage plus élevée que le silicium, ce qui permet la conception de dispositifs d'alimentation à tension plus élevée. Le SiC fonctionne au-dessus de 10 kV, nettement au-dessus de ce qui peut actuellement être utilisé. Des appareils SiC évalués à 1 200 V et 1 700 V sont disponibles.
Conductivité thermique plus élevée
Le SiC a une conductivité thermique plus élevée que le silicium, ce qui conduit à une meilleure gestion thermique et à une réduction des pertes de puissance. Les performances du silicium se détériorent à des températures plus élevées, tandis que le SiC est beaucoup plus stable.
Température de fonctionnement plus élevée
Le SiC peut fonctionner à des températures plus élevées que le silicium, ce qui se traduit par une fiabilité améliorée et une durée de vie plus longue des dispositifs. Un dispositif en silicium est généralement sur-spécifié à température ambiante pour maintenir ses spécifications à des températures plus élevées. En règle générale, un dispositif SiC avec un courant nominal moitié inférieur effectuera le même travail qu'un IGBT au silicium, car le SiC est beaucoup plus stable à des températures plus élevées et ne nécessite pas de déclassement important.
Fréquence de commutation plus élevée
Des fréquences plus élevées signifient une taille et un poids réduits des éléments magnétiques car les valeurs des composants du filtre LC du transformateur deviennent considérablement inférieures. Le SiC peut s'allumer et s'éteindre beaucoup plus rapidement que le silicium, ce qui se traduit par une densité de puissance et une efficacité améliorées dans les applications d'électronique de puissance.
Chute de tension directe inférieure
Le SiC présente une chute de tension directe plus faible que le silicium, la quasi-absence de courant de queue permet une coupure plus rapide et des pertes considérablement réduites. Puisqu’il y a moins d’énergie à dissiper, un dispositif SiC peut commuter à des fréquences plus élevées et améliorer l’efficacité.
Certains types courants de produits en carbure de silicium
Poudre de carbure de silicium
La poudre de carbure de silicium est un matériau abrasif couramment utilisé. La poudre de carbure de silicium peut être produite en faisant réagir et en pyrolysant des polysiloxanes vaporisés en une seule étape de chauffage, ce qui produit de la poudre de carbure de silicium. Ce processus est simple et peu coûteux. Cette méthode consiste essentiellement à introduire un polysiloxane vaporisé dans une chambre de réaction. La vapeur de polysiloxane est ensuite amenée à réagir à une température d'environ 2 900 degrés F pendant une période de temps suffisante pour convertir la vapeur de polysiloxane en poudre de carbure de silicium, qui est ensuite collectée. Les poudres de carbure de silicium servent de poudres de broyage pour le meulage fin ou le polissage grossier des semi-conducteurs, des céramiques et des matériaux ferreux. Il peut également être utilisé pour façonner, aiguiser et polir d’autres matériaux.
Pierre à aiguiser en carbure de silicium
Une application courante de la pierre à aiguiser en carbure de silicium est l'affûtage des couteaux en acier inoxydable dur. La pierre à aiguiser en carbure de silicium coupe de manière agressive. Habituellement, les pierres en carbure de silicium ont un grain plus grossier et conviennent au premier affûtage grossier. Il a été démontré que les pierres en carbure de silicium ont une dureté Mohs de 9 à 10. Les pierres à aiguiser en carbure de silicium peuvent être utilisées avec de l'eau ou de l'huile. Les pierres à huile, par exemple, peuvent être fabriquées à partir de différents types de matériaux, à savoir la novaculite, l'oxyde d'aluminium et le carbure de silicium, mais les pierres à huile de coupe les plus rapides sont les pierres en carbure de silicium. Lorsque vous utilisez de l'eau avec les pierres, il est utile d'y mélanger un peu de savon à vaisselle, afin qu'il ne pénètre pas immédiatement dans les pores.
Grain de carbure de silicium
Le carbure de silicium est le média de sablage le plus dur disponible. Ce produit de haute-qualité est fabriqué sous forme de grain dur, en bloc et angulaire. Ce support se décomposera continuellement, ce qui entraînera des arêtes vives et coupantes. La dureté du carbure de silicium permet des temps de sablage plus courts par rapport aux médias plus doux. Le grain de carbure de silicium peut être utilisé plusieurs fois dans des applications utilisant des gobelets (comme le culbutage de roches). À mesure que le média se décompose lentement, l'ajout de média « frais » supplémentaire créera un mélange de tailles de particules pour un nettoyage et un polissage extrêmement efficaces.
Quelles sont les utilisations du carbure de silicium ?
Le carbure de silicium utilisé dans les armures pare-balles militaires
Le carbure de silicium est utilisé pour fabriquer des blindages pare-balles. La propriété de ce composé qui le rend destiné à un tel usage est sa dureté. Les balles et autres objets nocifs devront affronter les blocs de céramique durs que forme le carbure de silicium. Les balles ne peuvent pas pénétrer dans les blocs de céramique.
Carbure de silicium utilisé dans les semi-conducteurs
Le carbure de silicium devient un semi-conducteur lorsqu'on y ajoute des dopants. Les dopants comme le bore et l'aluminium ajoutés au carbure de silicium en font un semi-conducteur de type -. D'autre part, les dopants tels que l'azote et le phosphore ajoutés au carbure de silicium en font un semi-conducteur de type n-. Vous pouvez lire cet article pour plus d'informations sur les différences entre les semi-conducteurs de type p- et les semi-conducteurs de type n-.
Carbure de silicium utilisé dans les abrasifs
Le carbure de silicium est couramment utilisé comme abrasif en raison de sa dureté. Il est utilisé dans la fabrication de meules, d’outils de coupe et de papier de verre. Les abrasifs en carbure de silicium sont généralement moins chers que les autres abrasifs de qualité similaire. Les abrasifs sont utilisés pour meuler des matériaux tels que l'acier, l'aluminium, la fonte et le caoutchouc.
Carbure de silicium utilisé dans les véhicules électriques
Le carbure de silicium est un meilleur choix que le silicium pour alimenter les véhicules électriques. Les véhicules électriques alimentés au carbure de silicium sont très efficaces et rentables-. À l'heure actuelle, de nombreuses entreprises-de renom ont utilisé le carbure de silicium pour améliorer l'efficacité et l'autonomie lors de la fabrication de véhicules électriques, comme Tesla.
Carbure de silicium utilisé dans les bijoux
Structurellement similaire au diamant, mais plus brillant, moins cher, plus durable et plus léger que le diamant, le carbure de silicium est une alternative bien méritée au diamant dans l'industrie de la bijouterie.
Carbure de silicium utilisé dans le carburant
Outre ses autres utilisations, le carbure de silicium est utilisé comme combustible. Il est utilisé comme combustible dans la fabrication de l’acier et produit un acier plus pur que la plupart des autres combustibles. C'est également un carburant moins cher et plus respectueux de l'environnement.
Carbure de silicium utilisé dans les LED
Le premier ensemble de-diodes électroluminescentes (DEL) produites utilisait la technologie du carbure de silicium. Il était utilisé pour fabriquer des LED bleues, rouges et jaunes. Les LED sont utilisées dans les téléviseurs, les tableaux d'affichage et les ordinateurs.
Le carbure de silicium (SiC) est un composé chimique composé de carbone et de silicium. Il est connu pour ses excellentes propriétés abrasives et est utilisé depuis plus d’un siècle dans la fabrication de meules et autres produits abrasifs. Cependant, elle a également été développée pour devenir une céramique de qualité technique de haute qualité avec une large gamme d'applications.
L’une des propriétés chimiques clés du carbure de silicium est sa résistance aux acides et aux bases. Il ne se dissout pas dans les acides ou les bases, mais peut être attaqué par les fusions alcalines et par certaines fusions de métaux et d'oxydes métalliques. Il peut résister à des températures allant jusqu'à 1 500 degrés dans un gaz inerte ou une atmosphère réductrice.
En termes de propriétés physiques, le carbure de silicium a une faible densité, une résistance élevée et une faible dilatation thermique. Il présente également une conductivité thermique élevée, une dureté élevée et un module élastique élevé. Ces propriétés le rendent adapté à diverses applications, telles que les abrasifs, les réfractaires, les céramiques et les composants hautes-performances.
Le carbure de silicium est hautement inerte et n'est pas attaqué par les acides, les alcalis ou les sels fondus jusqu'à 800 degrés. Dans l'air, il forme un revêtement protecteur d'oxyde de silicium à 1 200 degrés, lui permettant d'être utilisé à des températures allant jusqu'à 1 600 degrés. Sa conductivité thermique élevée et sa faible dilatation thermique, associées à sa haute résistance, lui confèrent une résistance exceptionnelle aux chocs thermiques.
Le matériau est également un conducteur électrique et trouve des applications dans le chauffage par résistance, les allumeurs à flamme et les composants électroniques. Sa pureté chimique et sa résistance aux attaques chimiques à haute température le rendent populaire pour une utilisation dans les fours à semi-conducteurs comme supports et palettes de plateaux de plaquettes. De plus, il est utilisé dans les éléments chauffants à résistance pour les fours électriques et comme composant clé des thermistances et des varistances.
En termes de propriétés thermiques, le carbure de silicium présente une conductivité thermique relativement élevée et un faible coefficient de dilatation thermique par rapport aux autres matériaux céramiques. Cela se traduit par une résistance favorable aux chocs thermiques, ce qui le rend adapté aux applications où des changements rapides de température se produisent.
Propriétés physiques et mécaniques
Densité
La densité des particules des différentes formes cristallines du carbure de silicium est très proche, généralement considérée comme étant de 3,20 g/m³, et la densité apparente naturelle de ses abrasifs en carbure de silicium se situe entre 1,2 et 1,6 g/m³, dont la hauteur dépend du nombre de tailles de particules, de la composition granulométrique et de la forme des particules.
Dureté
La dureté Mohs du carbure de silicium est de 9,2, la dureté de microdensité Weiss est de 3 000 à 3 300 kg/m³, la dureté nuptiale est de 2 670-2 815 kg/mm, ce qui est supérieur au corindon et juste derrière le diamant, le nitrure de bore cubique et le carbure de bore dans les abrasifs, et sa résistance à l'usure est plus de dix fois supérieure à celle de l'alliage et de la fonte résistante à l'usure.
Conductivité thermique
la conductivité thermique des produits en carbure de silicium est très élevée, la conductivité thermique supérieure à 12, le coefficient de dilatation thermique est faible, la résistance élevée aux chocs thermiques est un matériau réfractaire de haute -qualité.
- Stockage ordonné, le même numéro de lot autant que possible en rangées, pour éviter les erreurs dans le processus de prise de matériaux.
- La micropoudre de carbure de silicium absorbe fortement l'humidité. Essayez d'éviter de retirer le film de stockage résistant à l'humidité ; cela peut éviter l'agglomération d'humidité et raccourcir le temps de séchage.
- Dans la mesure du possible, utiliser le principe du premier-premier entré, premier-matériau sorti, afin d'éviter l'agglutination des matières premières en raison d'une durée de stockage excessive.
- Si la poudre de carbure de silicium ultra fine-en transit est brisée dans son emballage, essayez de la stocker séparément pour éviter la pollution par la poussière.
- Il est recommandé que l'entrepôt soit fermé autant que possible, stocké séparément et fasse attention à l'humidité, au vent et à la pluie.
De quoi sont faits le silicium et le carbure de silicium ?
Lorsqu'il est synthétisé sous sa forme la plus pure, le silicium forme une structure cristalline dans laquelle un seul atome de silicium forme une liaison avec quatre autres atomes de silicium adjacents. Ce substrat à base de silicium peut ensuite être dopé avec divers autres éléments pour former des jonctions semi-conductrices sur une tranche du substrat de silicium.
Le carbure de silicium, quant à lui, est un mélange d’atomes de silicium et de carbone qui forme diverses structures cristallines. Les structures les plus largement adoptées pour l’utilisation des semi-conducteurs sont le carbure de silicium 3C, 4C et 6H, qui présentent tous des propriétés électriques et des avantages différents lorsqu’ils sont dopés avec divers éléments. Les plaquettes de silicium atteignent 8 à 12 pouces et se forment à partir d'une phase fondue de silicium pur. Le carbure de silicium, cependant, est généralement synthétisé à partir de la phase vapeur et peut atteindre six pouces.
Propriétés du silicium et du carbure de silicium : puissance et vitesse
Compte tenu de leur capacité à résister à des champs électriques plus élevés, les substrats en carbure de silicium peuvent résister à des tensions plus élevées avant de se briser. Le silicium a une tension de claquage d'environ 600 V, tandis que le carbure de silicium peut supporter des tensions 5-10 fois plus élevées. En pratique, cela signifie que les applications à haute puissance pourront utiliser la technologie des semi-conducteurs, ou qu'un dispositif présentant la même différence de tension pourra devenir près de dix fois plus petit. Le carbure de silicium peut commuter à une vitesse près de dix fois supérieure à celle du silicium, ce qui se traduit par des circuits de commande plus petits.
Applications du silicium et du carbure de silicium dans le monde réel
L’industrie des véhicules électriques est un excellent exemple industriel de mise en œuvre du carbure de silicium sur le silicium. Lors de la conduite d'un véhicule électrique, le système électronique est conçu pour prendre en charge la pleine charge de la capacité de puissance du véhicule, ce qui est réalisable dans les conceptions à base de silicium et de carbure de silicium-. Les IGBT au silicium sont couramment utilisés dans les onduleurs de véhicules électriques, où ils entraînent des moteurs alimentés par batterie-. Cependant, étant donné le cycle de conduite normal d'une voiture (c'est-à-dire sans utilisation à pleine charge), la résistivité élevée du silicium le rend plutôt inefficace. Étant donné que le carbure de silicium peut répondre aux mêmes exigences de conception de charge avec une taille beaucoup plus petite, le carbure de silicium devient nettement plus efficace et peut par la suite augmenter l'efficacité de l'ensemble du système d'onduleur de près de 80 %.
Certifications
Notre usine
Ci-dessous notre usine :
Guide ultime
Q : Quelles sont les principales utilisations du carbure de silicium ?
Q : Quelles sont les propriétés du carbure de silicium ?
Haute résistance.
Bonne résistance à haute température (liée par réaction)
Résistance à l'oxydation (liée par réaction)
Excellente résistance aux chocs thermiques.
Haute dureté et résistance à l'usure.
Excellente résistance chimique.
Faible dilatation thermique et conductivité thermique élevée.
Q : Le carbure de silicium est-il soluble dans l’eau ?
Q : Quelles sont les applications du SiC dans les appareils électroniques ?
Q : Le carbure de silicium est-il mauvais pour l’environnement ?
Q : Pourquoi le SiC peut-il gérer des tensions si élevées ?
Q : Quelles impuretés sont utilisées pour doper le matériau en carbure de silicium ?
Q : De quelle couleur est le carbure de silicium ?
Q : Quelle est la différence entre le carbure de silicium vert et noir ?
Q : Comment les semi-conducteurs SiC peuvent-ils assurer une meilleure gestion thermique que le silicium ?
Q : Le carbure de silicium est-il stable ?
Q : Quels sont les défis de la production de carbure de silicium ?
Q : Quels sont les dangers du carbure de silicium ?
Q : Le carbure de silicium est-il cassable ?
Q : Qu’est-ce que le carbure de silicium noir ?
Q : Qu’est-ce qui fait du carbure de silicium un matériau extrêmement résistant ?
Q : Quelle est la faiblesse du carbure de silicium ?
Q : Pourquoi le carbure de silicium est-il si cher ?