Binnenkomenctie op siliciumcarbidematerialen

Siliciumcarbide (SiC) is als anorganische substantie samengesteld uit koolstof en silicium in een verhouding van 1:1 en heeft een unieke Si-C-tetraëdrische structuur. Deze structuur geeft siliciumcarbide uitstekende fysieke en chemische eigenschappen, zoals hoge hardheid, hoge thermische stabiliteit en brede bandgap. De bandgapbreedte van siliciumcarbide is maar liefst 3,26 eV, bijna drie keer die van silicium, waardoor het stabiel blijft bij hogere temperaturen en een hogere elektrische veldsterkte heeft.

Bereiding van siliciumcarbidematerialen

De bereiding van siliciumcarbidematerialen omvat voornamelijk de gasfasemethode, de vloeistoffasemethode en de vaste fasemethode. Daaronder zijn de fysieke damptransportmethode (PVT) en de chemische dampafzettingsmethode (CVD) de belangrijkste methoden voor het bereiden van hoogwaardige SiC-enkelkristallen. De PVT-methode sublimeert SiC-bronpoeder bij hoge temperatuur en condenseert en laat hoogwaardige SiC-enkelkristallen groeien op het oppervlak van het zaadkristal. De CVD-methode verkrijgt ultrafijn en zeer zuiver SiC-poeder door middel van een gasreactie bij hoge temperatuur. Daarnaast zijn de sol-gelmethode en de top seed solution growth-methode (TSSG) ook veelgebruikte bereidingsmethoden.

Toepassing van siliciumcarbidematerialen

SiC-materialen worden vanwege hun uitstekende prestaties op grote schaal gebruikt in veel vakgebieden.

‌Power devices‌: Siliciumcarbidematerialen hebben aanzienlijke voordelen op het gebied van vermogenselektronica. Bijvoorbeeld, in elektrische voertuigomvormers en laadpalen kunnen siliciumcarbide-vermogensapparaten de pakketgrootte verkleinen, verliezen verminderen en de conversie-efficiëntie verbeteren. Bekende autobedrijven zoals Tesla en BYD hebben al siliciumcarbide-apparaten gebruikt in hun elektrische voertuigproducten. Daarnaast worden siliciumcarbide-apparaten ook veel gebruikt in fotovoltaïsche omvormers en spoorvervoer, wat de algehele efficiëntie van het systeem kan verbeteren.

‌RF-apparaten‌: Op het gebied van leger en communicatie zijn galliumnitride RF-apparaten op basis van siliciumcarbide kerncomponenten geworden van systemen zoals 5G mobiele communicatiesystemen en nieuwe generatie actieve phased array radars. De goede thermische geleidbaarheid, hoge frequentie en hoge vermogensvoordelen maken dat siliciumcarbidematerialen brede toepassingsmogelijkheden hebben op het gebied van RF-apparaten.

‌Snellader‌: Siliciumcarbide-apparaten worden beschouwd als een ideale keuze voor de nieuwe generatie vermogensapparaten vanwege hun uitstekende hoge temperatuurbestendigheid, lage verliezen en hoge efficiëntie. Bijvoorbeeld, siliciumcarbide-diodes zoals Tyco Tianrun's G3S06505C en G5S6504Z worden veel gebruikt in schakelende voedingen, PFC-factorcorrectie, motoraandrijvingen, omvormers en andere scenario's.

‌Lucht- en ruimtevaart‌: Met siliciumcarbidedeeltjes versterkte aluminiumcomposieten hebben ook baanbrekende toepassingen in de lucht- en ruimtevaart bereikt. Bijvoorbeeld in de ventrale vin van de F16-jager en het nieuwe helikopterrotorsysteem van Eurocopter verbeteren met siliciumcarbidedeeltjes versterkte aluminiumcomposieten de stijfheid en levensduur van de componenten aanzienlijk.

Markt omvang en ontwikkelingstrend van de siliciumcarbide industrie

Volgens de gegevens van Yole zal de wereldwijde markt voor SiC-vermogensapparaten groeien van US$ 1,09 miljard in 2021 tot US$ 6,297 miljard in 2027, met een jaarlijkse samengestelde groeivoet van 34%. Tegelijkertijd zal de markt voor siliciumcarbide-gebaseerde galliumnitride RF-apparaten blijven groeien. Op de Chinese markt zal de markt voor siliciumcarbide- en galliumnitride-vermogenselektronische apparaten naar verwachting toenemen tot bijna 30 miljard yuan met een samengestelde jaarlijkse groeivoet van 45%.

Uitdagingen en kansen in de siliciumcarbide-industrie

Hoewel siliciumcarbidematerialen veel voordelen hebben, kennen hun bereiding en toepassing nog steeds enkele uitdagingen. De bereidingstechnologie van siliciumcarbidesubstraten is bijvoorbeeld moeilijk en de opbrengst moet worden verbeterd; de productiekosten van siliciumcarbideapparaten zijn hoog en marktpromotie vereist nog steeds inspanningen. Met de voortdurende vooruitgang van de technologie en de voortdurende uitbreiding van de markt zal de siliciumcarbide-industrie echter meer ontwikkelingsmogelijkheden inluiden. In de toekomst zullen siliciumcarbidematerialen in meer sectoren worden gebruikt, wat nieuwe vitaliteit in de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie zal injecteren.