1. Inleiding tot siliciumcarbide

Siliciumcarbide, een synthetische verbinding van silicium en koolstof, is uitgegroeid tot een revolutionair materiaal in geavanceerde productie. Siliciumcarbide, voor het eerst gesynthetiseerd in 1891 door Edward Acheson, combineert uitzonderlijke thermische, elektrische en mechanische eigenschappen, waardoor het onmisbaar is in hoogwaardige toepassingen, variërend van vermogenselektronica tot lucht- en ruimtevaart.

2. Belangrijkste eigenschappen van siliciumcarbide

2.1 Structurele en fysieke kenmerken

Kristalstructuur: Bestaat in meer dan 250 polytypen (bijv. 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), waarbij 4H-SiC de dominante halfgeleidertoepassingen zijn.

Hardheid: 9,5 op de schaal van Mohs, na diamant de hoogste hardheid.

Thermische geleidbaarheid: 120-200 W/m·K, beter dan koper op het gebied van warmteafvoer.

Smeltpunt: ~2.700°C, geschikt voor extreme omgevingen.

2.2 Elektrische eigenschappen

‌Grote bandafstand‌: 3,26 eV (4H-SiC) versus 1,12 eV voor silicium, waardoor werking bij hoge spanning en hoge temperaturen mogelijk is.

‌Afbraakveld‌: 10x hoger dan silicium, waardoor energieverliezen worden verminderd.

2.3 Chemische stabiliteit

Bestand tegen oxidatie, zuren en alkaliën tot 1.600°C.

3. Toepassingen van siliciumcarbide in verschillende industrieën

‌Gebruiksscenario's voor de industrie‌‌：

Halfgeleiders‌ Vermogensapparaten (MOSFET's, Schottky-diodes), 5G/RF-componenten 

Omvormers voor elektrische voertuigen in de automobielsector: ingebouwde laders (bijv. de Tesla Model 3 SiC-tractieomvormer) 

‌Energie‌ Zonne-omvormers: windturbine-omvormers, kernreactorsensoren 

‌Lucht- en ruimtevaart‌ Satellietcomponenten: thermische coatings voor straalmotoren 

‌Industriële‌ snijgereedschappen: schuurmiddelen, vuurvaste bekledingen 

4. Verwerkingstechnieken en uitdagingen

4.1 Belangrijkste productiestappen

Kristalgroei: sublimatie (PVT) voor bulkkristallen.

CVD voor epitaxiale lagen.

Waferverwerking: snijden met diamantdraad, chemisch-mechanisch polijsten.

‌Apparaatfabricage‌: Ionenimplantatie, droog etsen.

4.2 Technische barrières

‌Wafer Bow‌: <50 μm kromming vereist voor 150mm wafers.

Opbrengstpercentages: ~60% voor 200 mm SiC epitaxiale lagen (industriegemiddelde Q1 2025).

5. Toekomstige trends in SiC-technologie (vooruitzichten 2025-2030)

‌8-inch wafer-adoptie‌: Verwacht wordt dat de kosten van apparaten tegen 2028 met 35% zullen dalen.

‌Quantumtoepassingen‌: SiC-vacatures voor quantumcomputing bij kamertemperatuur.

Wereldwijde capaciteitsuitbreiding: Chinese SiC-productie zal in 2027 een marktaandeel van 40% bereiken.

6. Conclusie

De unieke eigenschappen van siliciumcarbide positioneren het als een hoeksteenmateriaal voor duurzame technologieën. Het begrijpen van het onderscheid tussen hoogzuiver en conventioneel SiC - en hun respectievelijke rollen in vermogenselektronica versus industriële systemen - is cruciaal voor het optimaliseren van ontwerp- en productiestrategieën. Naarmate de industrie vordert richting 8-inch wafers en nieuwe toepassingen, zullen continu leren en procesinnovatie essentieel blijven.