Silisyum karbür (SiC), hem yarı iletken endüstrisinde hem de gelişmiş seramik ürünlerinde bulunabilen dikkat çekici bir bileşiktir. Bu durum, sıradan insanların bunları aynı ürün türü sanmasına yol açarak sıklıkla kafa karışıklığına neden olur. Gerçekte, aynı kimyasal bileşime sahip olmasına rağmen, SiC aşınmaya dayanıklı gelişmiş seramikler veya yüksek verimli yarı iletkenler olarak ortaya çıkar ve endüstriyel uygulamalarda tamamen farklı roller oynar. Seramik sınıfı ve yarı iletken sınıfı SiC malzemeleri arasında kristal yapı, üretim süreçleri, performans özellikleri ve uygulama alanları açısından önemli farklılıklar vardır.
- Hammaddeler için Farklı Saflık Gereksinimleri
Seramik sınıfı SiC, toz hammaddesi için nispeten esnek saflık gerekliliklerine sahiptir. Genellikle %90-%98 saflıktaki ticari sınıf ürünler çoğu uygulama ihtiyacını karşılayabilirken, yüksek performanslı yapısal seramikler %98-%99,5 saflık gerektirebilir (örneğin, reaksiyonla bağlanmış SiC, kontrollü serbest silisyum içeriği gerektirir). Belirli safsızlıklara tolerans gösterir ve bazen sinterleme performansını iyileştirmek, sinterleme sıcaklıklarını düşürmek ve nihai ürün yoğunluğunu artırmak için alüminyum oksit (Al₂O₃) veya itriyum oksit (Y₂O₃) gibi sinterleme yardımcılarını kasıtlı olarak içerir.
Yarı iletken sınıfı SiC, neredeyse mükemmel saflık seviyeleri gerektirir. Alt tabaka sınıfı tek kristal SiC, ≥%99,9999 (6N) saflık gerektirirken, bazı üst düzey uygulamalar 7N (%99,99999) saflık gerektirir. Epitaksiyel katmanlar, safsızlık konsantrasyonlarını 10¹⁶ atom/cm³'ün altında tutmalıdır (özellikle B, Al ve V gibi derin seviye safsızlıklardan kaçınılmalıdır). Demir (Fe), alüminyum (Al) veya bor (B) gibi eser miktardaki safsızlıklar bile, taşıyıcı saçılmasına neden olarak, bozulma alanı dayanımını azaltarak ve nihayetinde cihaz performansını ve güvenilirliğini tehlikeye atarak elektriksel özellikleri ciddi şekilde etkileyebilir ve sıkı bir safsızlık kontrolü gerektirir.
Silisyum karbür yarı iletken malzeme
- Farklı Kristal Yapılar ve Kalite
Seramik sınıfı SiC, esas olarak çok sayıda rastgele yönlendirilmiş SiC mikro kristalinden oluşan polikristalin toz veya sinterlenmiş gövdeler halinde bulunur. Malzeme, belirli politipler üzerinde sıkı bir kontrol olmaksızın, genel malzeme yoğunluğu ve homojenliğine vurgu yapılarak birden fazla politip (örneğin, α-SiC, β-SiC) içerebilir. İç yapısı bol miktarda tane sınırı ve mikroskobik gözeneklere sahiptir ve sinterleme yardımcıları (örneğin, Al₂O₃, Y₂O₃) içerebilir.
Yarı iletken sınıfı SiC, yüksek düzenli kristal yapılara sahip tek kristal alt tabakalar veya epitaksiyel katmanlar olmalıdır. Hassas kristal büyütme teknikleriyle elde edilen özel politipler (örneğin, 4H-SiC, 6H-SiC) gerektirir. Elektron hareketliliği ve bant aralığı gibi elektriksel özellikler, politip seçimine son derece duyarlıdır ve sıkı kontrol gerektirir. 4H-SiC, yüksek taşıyıcı hareketliliği ve bozulma alanı dayanımı gibi üstün elektriksel özellikleri sayesinde şu anda pazara hakimdir ve bu da onu güç cihazları için ideal hale getirir.
- Süreç Karmaşıklığı Karşılaştırması
Seramik sınıfı SiC, "tuğla yapımına" benzer şekilde nispeten basit üretim süreçleri (toz hazırlama → şekillendirme → sinterleme) kullanır. Süreç şunları içerir:
- Ticari sınıf SiC tozunun (genellikle mikron boyutunda) bağlayıcılarla karıştırılması
- Presleme yoluyla şekillendirme
- Parçacık difüzyonu yoluyla yoğunlaştırma elde etmek için yüksek sıcaklıkta sinterleme (1600-2200°C)
Çoğu uygulama %90'ın üzerinde yoğunlukla karşılanabilir. Tüm süreç, hassas kristal büyüme kontrolü gerektirmez ve bunun yerine şekillendirme ve sinterleme tutarlılığına odaklanır. Avantajları arasında, nispeten daha düşük saflık gereksinimleriyle birlikte, karmaşık şekiller için işlem esnekliği yer alır.
Yarı iletken sınıfı SiC çok daha karmaşık süreçleri içerir (yüksek saflıkta toz hazırlama → tek kristal alt tabaka büyütme → epitaksiyel gofret biriktirme → cihaz üretimi). Temel adımlar şunlardır:
- Alt tabakanın hazırlanması öncelikle fiziksel buhar taşıma (PVT) yöntemi ile yapılır
- Aşırı koşullarda (2200-2400°C, yüksek vakum) SiC tozunun süblimasyonu
- Sıcaklık gradyanlarının (±1°C) ve basınç parametrelerinin hassas kontrolü
- Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yoluyla epitaksiyel katman büyümesi, düzgün kalınlıkta, katkılı katmanlar (genellikle birkaç ila onlarca mikron) oluşturur
Tüm süreç, kontaminasyonu önlemek için ultra temiz ortamlar (örneğin, Sınıf 10 temiz odalar) gerektirir. Özellikleri arasında, termal alanlar ve gaz akış hızları üzerinde kontrol gerektiren aşırı proses hassasiyeti ve hem hammadde saflığı (%99,9999'dan fazla) hem de ekipman gelişmişliği açısından sıkı gereklilikler yer alır.
- Önemli Maliyet Farklılıkları ve Pazar Yönelimleri
Seramik sınıfı SiC'nin özellikleri:
- Hammadde: Ticari sınıf toz
- Nispeten basit süreçler
- Düşük maliyet: Ton başına binlerce ila on binlerce RMB
- Geniş uygulamalar: Aşındırıcılar, refrakterler ve maliyet açısından hassas diğer endüstriler
Yarı iletken sınıfı SiC özellikleri:
- Uzun substrat büyüme döngüleri
- Zorlu kusur kontrolü
- Düşük getiri oranları
- Yüksek maliyet: 6 inçlik alt tabaka başına binlerce ABD doları
- Odaklanılan pazarlar: Güç cihazları ve RF bileşenleri gibi yüksek performanslı elektronikler
Yeni enerji araçlarının ve 5G iletişiminin hızla gelişmesiyle birlikte pazar talebi de katlanarak artıyor.
- Farklılaştırılmış Uygulama Senaryoları
Seramik sınıfı SiC, öncelikle yapısal uygulamalar için "endüstriyel iş gücü" görevi görür. Mükemmel mekanik özellikleri (yüksek sertlik, aşınma direnci) ve termal özellikleri (yüksek sıcaklık direnci, oksidasyon direnci) sayesinde şu alanlarda öne çıkar:
- Aşındırıcılar (taşlama taşları, zımpara kağıdı)
- Refrakterler (yüksek sıcaklık fırın astarları)
- Aşınma/korozyona dayanıklı bileşenler (pompa gövdeleri, boru kaplamaları)
Silisyum karbür seramik yapısal bileşenler
Yarı iletken sınıfı SiC, geniş bant aralığına sahip yarı iletken özelliklerini kullanarak elektronik cihazlarda benzersiz avantajlar göstererek "elektronik elit" olarak performans gösterir:
- Güç cihazları: EV invertörleri, şebeke dönüştürücüler (güç dönüştürme verimliliğini artırır)
- RF cihazları: 5G baz istasyonları, radar sistemleri (daha yüksek çalışma frekanslarına olanak sağlar)
- Optoelektronik: Mavi LED'ler için alt tabaka malzemesi
200 milimetrelik SiC epitaksiyel gofret
| Boyut | Seramik sınıfı SiC | Yarı iletken sınıfı SiC |
| Kristal Yapı | Polikristalin, çoklu politipler | Tek kristal, kesinlikle seçilmiş politipler |
| Süreç Odaklı | Yoğunlaştırma ve şekil kontrolü | Kristal kalite ve elektrik mülkiyet kontrolü |
| Performans Önceliği | Mekanik dayanıklılık, korozyon direnci, termal kararlılık | Elektriksel özellikler (bant aralığı, bozulma alanı, vb.) |
| Uygulama Senaryoları | Yapısal bileşenler, aşınmaya dayanıklı parçalar, yüksek sıcaklık bileşenleri | Yüksek güçlü cihazlar, yüksek frekanslı cihazlar, optoelektronik cihazlar |
| Maliyet Sürücüleri | Proses esnekliği, hammadde maliyeti | Kristal büyüme hızı, ekipman hassasiyeti, hammadde saflığı |
Özetle, temel fark, farklı işlevsel amaçlarından kaynaklanmaktadır: seramik sınıfı SiC "form (yapı)"yı kullanırken, yarı iletken sınıfı SiC "özellikler (elektriksel)"i kullanır. İlki, uygun maliyetli mekanik/termal performansı hedeflerken, ikincisi yüksek saflıkta, tek kristalli işlevsel malzeme olarak malzeme hazırlama teknolojisinin zirvesini temsil eder. Aynı kimyasal kökene sahip olmalarına rağmen, seramik sınıfı ve yarı iletken sınıfı SiC, saflık, kristal yapı ve üretim süreçleri açısından belirgin farklılıklar gösterir; ancak her ikisi de kendi alanlarında endüstriyel üretime ve teknolojik ilerlemeye önemli katkılarda bulunur.
XKH, silisyum karbür (SiC) malzemelerin Ar-Ge ve üretiminde uzmanlaşmış, yüksek saflıkta SiC seramiklerden yarı iletken sınıfı SiC kristallerine kadar özelleştirilmiş geliştirme, hassas işleme ve yüzey işleme hizmetleri sunan bir yüksek teknoloji kuruluşudur. Gelişmiş hazırlama teknolojileri ve akıllı üretim hatlarından yararlanan XKH, yarı iletken, yeni enerji, havacılık ve uzay gibi ileri teknoloji alanlarındaki müşterilerine ayarlanabilir performanslı (%90-7N saflıkta) ve yapı kontrollü (polikristalin/tek kristalin) SiC ürünleri ve çözümleri sunmaktadır. Ürünlerimiz, yarı iletken ekipmanlar, elektrikli araçlar, 5G iletişim ve ilgili sektörlerde yaygın uygulama alanı bulmaktadır.
Aşağıda XKH tarafından üretilen silisyum karbür seramik cihazlar yer almaktadır.
Gönderi zamanı: 30 Temmuz 2025