Digitaração sobre materiais de carboneto de silício

O carboneto de silício (SiC), como uma substância inorgânica, é composto de carbono e silício em uma proporção de 1:1 e tem uma estrutura tetraédrica Si-C única. Essa estrutura dá ao carboneto de silício excelentes propriedades físicas e químicas, como alta dureza, alta estabilidade térmica e ampla banda proibida. A largura da banda proibida do carboneto de silício é tão alta quanto 3,26 eV, quase três vezes a do silício, o que permite que ele permaneça estável em temperaturas mais altas e tenha uma maior força de campo elétrico de ruptura.

Preparação de materiais de carboneto de silício

A preparação de materiais de carboneto de silício inclui principalmente o método de fase gasosa, o método de fase líquida e o método de fase sólida. Entre eles, o método de transporte físico de vapor (PVT) e o método de deposição química de vapor (CVD) são os principais métodos para preparar monocristais de SiC de alta qualidade. O método PVT sublima o pó de fonte de SiC em alta temperatura e condensa e cresce monocristais de SiC de alta qualidade na superfície do cristal semente. O método CVD obtém pó de SiC ultrafino e de alta pureza por meio de reação gasosa de alta temperatura. Além disso, o método sol-gel e o método de crescimento da solução de semente superior (TSSG) também são métodos de preparação comumente usados.

Aplicação de materiais de carboneto de silício

Os materiais de SiC têm sido amplamente utilizados em muitos campos devido ao seu excelente desempenho.

‌Dispositivos de energia‌: Os materiais de carboneto de silício têm vantagens significativas no campo da eletrônica de potência. Por exemplo, em inversores de veículos elétricos e pilhas de carregamento, os dispositivos de energia de carboneto de silício podem reduzir o tamanho do pacote, reduzir perdas e melhorar a eficiência de conversão. Empresas de automóveis conhecidas, como Tesla e BYD, já usaram dispositivos de carboneto de silício em seus produtos de veículos elétricos. Além disso, os dispositivos de carboneto de silício também são amplamente usados ​​em inversores fotovoltaicos e transporte ferroviário, o que pode melhorar a eficiência geral do sistema.

‌Dispositivos de RF‌: Nos campos militar e de comunicações, os dispositivos de RF de nitreto de gálio à base de carboneto de silício tornaram-se componentes essenciais de sistemas como sistemas de comunicação móvel 5G e radares de matriz de fase ativa de nova geração. Sua boa condutividade térmica, alta frequência e vantagens de alta potência fazem com que os materiais de carboneto de silício tenham amplas perspectivas de aplicação no campo de dispositivos de RF.

‌Carregador rápido‌: Dispositivos de carboneto de silício são considerados uma escolha ideal para a nova geração de dispositivos de energia devido à sua excelente resistência a altas temperaturas, baixa perda e alta eficiência. Por exemplo, diodos de carboneto de silício como o G3S06505C e o G5S6504Z da Tyco Tianrun são amplamente usados ​​em fontes de alimentação de comutação, correção de fator PFC, acionamentos de motor, inversores e outros cenários.

‌Aeroespacial‌: Compósitos à base de alumínio reforçados com partículas de carboneto de silício também alcançaram aplicações inovadoras no campo aeroespacial. Por exemplo, na barbatana ventral do caça F16 e no novo sistema de rotor de helicóptero da Eurocopter, compósitos à base de alumínio reforçados com partículas de carboneto de silício melhoram significativamente a rigidez e a vida útil dos componentes.

Tamanho do mercado e tendência de desenvolvimento da indústria de carboneto de silício

De acordo com os dados da Yole, o tamanho do mercado global de dispositivos de energia SiC crescerá de US$ 1,09 bilhão em 2021 para US$ 6,297 bilhões em 2027, com uma taxa de crescimento anual composta de 34%. Ao mesmo tempo, o tamanho do mercado de dispositivos RF de nitreto de gálio à base de carboneto de silício continuará a crescer. No mercado chinês, espera-se que o tamanho do mercado de dispositivos eletrônicos de energia de carboneto de silício e nitreto de gálio aumente para quase 30 bilhões de yuans a uma taxa de crescimento anual composta de 45%.

Desafios e oportunidades na indústria de carboneto de silício

Embora os materiais de carboneto de silício tenham muitas vantagens, sua preparação e aplicação ainda enfrentam alguns desafios. Por exemplo, a tecnologia de preparação de substratos de carboneto de silício é difícil e a taxa de rendimento precisa ser melhorada; o custo de fabricação de dispositivos de carboneto de silício é alto e a promoção de mercado ainda precisa de esforços. No entanto, com o avanço contínuo da tecnologia e a expansão contínua do mercado, a indústria de carboneto de silício inaugurará mais oportunidades de desenvolvimento. No futuro, os materiais de carboneto de silício serão usados ​​em mais campos, injetando nova vitalidade no desenvolvimento da indústria de semicondutores.