Εισάγωδράση σε υλικά καρβιδίου του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου (Ούτω), ως ανόργανη ουσία, αποτελείται από άνθρακα και πυρίτιο σε αναλογία 1:1 και έχει μια μοναδική τετραεδρική δομή Σι-C. Αυτή η δομή δίνει στο καρβίδιο του πυριτίου εξαιρετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες, όπως υψηλή σκληρότητα, υψηλή θερμική σταθερότητα και μεγάλο διάκενο ζώνης. Το πλάτος διάκενου ζώνης του καρβιδίου του πυριτίου είναι τόσο υψηλό όσο 3,26 eV, σχεδόν τριπλάσιο από αυτό του πυριτίου, γεγονός που του επιτρέπει να παραμένει σταθερό σε υψηλότερες θερμοκρασίες και να έχει υψηλότερη ένταση ηλεκτρικού πεδίου διάσπασης.

Παρασκευή υλικών καρβιδίου του πυριτίου

Η παρασκευή υλικών καρβιδίου του πυριτίου περιλαμβάνει κυρίως τη μέθοδο αέριας φάσης, τη μέθοδο υγρής φάσης και τη μέθοδο στερεάς φάσης. Μεταξύ αυτών, η μέθοδος φυσικής μεταφοράς ατμών (PVT) και η μέθοδος χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) είναι οι κύριες μέθοδοι για την παρασκευή μονοκρυστάλλων Ούτω υψηλής ποιότητας. Η μέθοδος PVT εξαχνώνει τη σκόνη πηγής Ούτω σε υψηλή θερμοκρασία και συμπυκνώνει και αναπτύσσει μονοκρυστάλλους Ούτω υψηλής ποιότητας στην επιφάνεια του κρυστάλλου των σπόρων. Η μέθοδος CVD λαμβάνει εξαιρετικά λεπτή και υψηλής καθαρότητας σκόνη Ούτω μέσω αντίδρασης αερίου σε υψηλή θερμοκρασία. Επιπλέον, η μέθοδος σολ-γέλη και η μέθοδος ανάπτυξης διαλύματος κορυφαίου σπόρου (TSSG) είναι επίσης ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι παρασκευής.

Εφαρμογή υλικών καρβιδίου του πυριτίου

Τα υλικά Ούτω έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης.

‌Συσκευές ισχύος: Τα υλικά καρβιδίου του πυριτίου έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος. Για παράδειγμα, στους μετατροπείς ηλεκτρικών οχημάτων και στους πασσάλους φόρτισης, οι συσκευές ισχύος από καρβίδιο του πυριτίου μπορούν να μειώσουν το μέγεθος της συσκευασίας, να μειώσουν τις απώλειες και να βελτιώσουν την απόδοση μετατροπής. Γνωστές εταιρείες αυτοκινήτων όπως η Tesla και η BYD έχουν ήδη χρησιμοποιήσει συσκευές καρβιδίου του πυριτίου στα προϊόντα ηλεκτρικών οχημάτων τους. Επιπλέον, οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε φωτοβολταϊκούς μετατροπείς και σιδηροδρομικές μεταφορές, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει τη συνολική απόδοση του συστήματος.

Συσκευές ραδιοσυχνοτήτων: Στο στρατιωτικό και το πεδίο των επικοινωνιών, οι συσκευές ραδιοσυχνοτήτων νιτριδίου του γαλλίου με βάση το καρβίδιο του πυριτίου έχουν γίνει βασικά συστατικά συστημάτων όπως τα συστήματα κινητής επικοινωνίας 5G και τα ραντάρ ενεργής συστοιχίας φάσης νέας γενιάς. Η καλή θερμική αγωγιμότητα, η υψηλή συχνότητα και τα πλεονεκτήματα υψηλής ισχύος κάνουν τα υλικά καρβιδίου του πυριτίου να έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στον τομέα των συσκευών ραδιοσυχνοτήτων.

Γρήγορος φορτιστής: Οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου θεωρούνται ιδανική επιλογή για τη νέα γενιά συσκευών ισχύος λόγω της εξαιρετικής αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες, των χαμηλών απωλειών και της υψηλής απόδοσης. Για παράδειγμα, οι δίοδοι καρβιδίου του πυριτίου όπως οι G3S06505C και G5S6504Z της Tyco Tianrun χρησιμοποιούνται ευρέως σε τροφοδοτικά μεταγωγής, διόρθωση συντελεστή PFC, μονάδες κίνησης κινητήρα, μετατροπείς και άλλα σενάρια.

Αεροδιαστημική: Τα σύνθετα υλικά με βάση το αλουμίνιο ενισχυμένα με σωματίδια καρβιδίου του πυριτίου έχουν επίσης επιτύχει πρωτοποριακές εφαρμογές στον αεροδιαστημικό τομέα. Για παράδειγμα, στο κοιλιακό πτερύγιο του μαχητικού F16 και στο νέο σύστημα ρότορα ελικοπτέρου της Eurocopter, τα σύνθετα υλικά με βάση το αλουμίνιο ενισχυμένα με σωματίδια καρβιδίου του πυριτίου βελτιώνουν σημαντικά την ακαμψία και τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων.

Μέγεθος αγοράς και τάση ανάπτυξης της βιομηχανίας καρβιδίου του πυριτίου

Σύμφωνα με τα στοιχεία της Yole, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς συσκευών ισχύος Ούτω θα αυξηθεί από 1,09 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2021 σε 6,297 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2027, με ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης σύνθετων ουσιών 34%. Ταυτόχρονα, το μέγεθος της αγοράς των συσκευών RF νιτριδίου του γαλλίου με βάση το καρβίδιο του πυριτίου θα συνεχίσει να αυξάνεται. Στην κινεζική αγορά, το μέγεθος της αγοράς ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος καρβιδίου του πυριτίου και νιτριδίου του γαλλίου αναμένεται να αυξηθεί σε σχεδόν 30 δισεκατομμύρια γιουάν με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 45%.

Προκλήσεις και ευκαιρίες στη βιομηχανία καρβιδίου του πυριτίου

Αν και τα υλικά καρβιδίου του πυριτίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα, η προετοιμασία και η εφαρμογή τους εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν ορισμένες προκλήσεις. Για παράδειγμα, η τεχνολογία παρασκευής υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου είναι δύσκολη και ο ρυθμός απόδοσης πρέπει να βελτιωθεί. το κόστος κατασκευής των συσκευών καρβιδίου του πυριτίου είναι υψηλό και η προώθηση στην αγορά χρειάζεται ακόμη προσπάθειες. Ωστόσο, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και τη συνεχή επέκταση της αγοράς, η βιομηχανία καρβιδίου του πυριτίου θα δημιουργήσει περισσότερες ευκαιρίες ανάπτυξης. Στο μέλλον, τα υλικά καρβιδίου του πυριτίου θα χρησιμοποιούνται σε περισσότερους τομείς, δίνοντας νέα ζωτικότητα στην ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών.