SiC für die Leistungselektronik

Material mit breiter Anwendung

Siliziumkarbid (SiC) ist ein Werkstoff mit dem Potenzial für eine Vielzahl moderner Anwendungen. Ursprünglich wurde SiC wegen seiner Härte als Schleifmittel verwendet. Inzwischen hat es viele verschiedene Anwendungen gefunden, z. B. Dichtungsringe, Dieselpartikelfilter, elektronische Schaltkreise, industrielle Wärmetauscher, Gasturbinen und Hochtemperatur-Umwandlungssysteme.

SiC für Halbleiter

Heutzutage könnte Siliziumkarbid der Schlüssel für die Zukunft der nachhaltigen Energie sein. SiC-Leistungshalbleiter können den Wirkungsgrad der Energieumwandlung erhöhen, höhere Spannungen und Ströme verkraften und höheren Betriebstemperaturen standhalten als herkömmliche siliziumbasierte Bauteile. All diese Faktoren bieten wesentliche Vorteile für Geräte wie Stromversorgungen für Rechenzentren, Wind- oder Solarenergiemodule und Antriebsumrichter für Elektrofahrzeuge.

Züchtung von SiC-Kristallen für Halbleiter

Die Züchtung von SiC-Kristallen erfolgt in der Regel nach der Methode des physikalischen Dampftransports (PVT). In der Regel wird das SiC-Pulver bei einer Temperatur von über 2000 °C sublimiert und kristallisiert bei einem etwas kälteren Keim. Die richtige Wahl der SiC-Pulverquelle während der PVT-Züchtung ist eine Voraussetzung für die Erzielung einer hohen kristallinen Qualität der endgültigen SiC-Boule. Mehrere Faktoren wirken sich auf den Züchtungsprozess aus, z. B. Stöchiometrie, Reinheit, Polytyp, Größenverteilung und damit verbundene Packungsdichte. Im Prinzip unterliegt die ideale SiC-Quelle während des Wachstums einer geringen morphologischen Veränderung. Die Entwicklung sollte gleichmäßig verlaufen und die Oberfläche an der Grenzfläche zum Kristallwachstum sollte stabil sein.

Die SiC-Synthese nach der Acheson-Methode blickt auf eine lange industrielle Geschichte zurück und hat sich an einen sich wandelnden Markt für Anwendungen angepasst. Die Vielseitigkeit und Energieeffizienz im Vergleich zu chemischen Verfahren machen es zu einer interessanten Alternative für die SiC-Kristallzüchtung durch PVT. Die wachsende Nachfrage nach SiC-Leistungshalbleitern wird große Mengen an SiC-Quellmaterial erfordern, das den strengen technischen Anforderungen der Anwendungen gerecht werden kann. Acheson SiC könnte den Markt mit hochwertigem SiC in großen Mengen und zu geringeren Kosten versorgen.

Fiven SIKA e-SiC Ausgangsmaterial

Um eine skalierbare und erschwingliche Lösung für die Halbleiterindustrie anzubieten, hat Fiven das SIKA e-SiC-Material entwickelt, das nach dem Acheson-Verfahren synthetisiert wird.

In einem maßgeschneiderten Ofen werden hochreine Rohstoffe bei hohen Temperaturen zu einem Rohmaterial umgesetzt. Anschließend wird das Material mit speziell entwickelten Anlagen zerkleinert und gemahlen, um die Verunreinigung zu minimieren. Anschließend sorgt ein Klassifizierungsschritt für eine optimale Partikelgrößenverteilung für das Kristallwachstum.

Die Entwicklung des neuen SiC-Pulver-Ausgangsmaterials mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ca. 300 µm und einer Schüttdichte von über 1,6 g/cm3 bietet mehrere Eigenschaften, die für das Wachstum hochwertiger SiC-Boules, die für industrielle Anwendungen erforderlich sind, von Vorteil sind. Die Morphologie des SiC-Pulvers neigt dazu, die Freisetzung von Kohlenstoffstaubpartikeln zu unterdrücken, was vorteilhaft ist, um eine hohe kristalline Qualität zu erreichen. Das gleichmäßige Sublimationsverhalten ermöglicht einen homogenen Kristallisationsprozess mit einer stabilen, leicht konvexen SiC-Wachstumsgrenzfläche.

SIKA e-SiC kann in vielerlei Hinsicht auf spezifische Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden. Bitte setzen Sie sich mit uns in Verbindung, um Ihr Projekt zu besprechen.

Wesentliche Teile dieses Artikels basieren auf: Ellefsen, Oda Marie & Arzig, Matthias & Steiner, Johannes & Wellmann, Peter & Runde,. (2019). Optimierung des SiC-Pulver-Ausgangsmaterials für verbesserte Prozessbedingungen während des PVT-Wachstums von SiC-Kugeln. Materials. 12. 3272. 10.3390/ma12193272.