Dalam era kemajuan pesat dalam pembuatan berteknologi tinggi ini, bahan seramik telah melangkaui aplikasi tradisional mereka. Dengan peningkatan taraf industri semikonduktor, tenaga, automotif, dan aeroangkasa, silikon karbida (SiC) – sebuah bahan seramik berprestasi tinggi yang baharu – muncul sebagai tumpuan utama dalam pembuatan industri dan kejuruteraan elektronik. Apakah silikon karbida secara tepat sebagai kristal? Apakah struktur, sifat, dan aplikasinya? Artikel ini, dibawakan oleh Zhihao Ceramics, akan memberikan analisis mendalam tentang inti bahan ini dan nilainya dalam industri.

Karbit silikon ialah sebatian yang terbentuk melalui ikatan kovalen antara atom karbon (C) dan silikon (Si). Ia merupakan kristal kovalen yang mempamerkan daya ikatan atom yang sangat kuat dan struktur laras yang sangat stabil. Kristal ini mempunyai sifat berganda sebagai seramik dan semikonduktor, mewakili bahan semikonduktor jurang lebar yang tipikal.

Karbit silikon bukan logam mahupun sebatian polimer, sebaliknya kristal sebatian anorganik bukan logam. Sifat kimianya amat stabil, mengekalkan integriti struktur walaupun pada suhu tinggi, tekanan tinggi, dan persekitaran yang sangat korosif. Oleh itu, karbit silikon memainkan peranan penting dalam seramik tradisional, komponen elektronik, peralatan suhu tinggi, dan industri tenaga baharu.

Struktur kristal silikon karbida adalah amat kompleks. Ia bukan satu bentuk kristal tunggal tetapi bahan polimorfik yang mempamerkan pelbagai morfologi kristal. Lebih daripada 200 bentuk kristal silikon karbida yang berbeza telah diketahui setakat ini, dengan contoh biasa termasuk:

Struktur sel unit silikon karbida menggunakan tetrahedron sebagai blok binaan asasnya, dengan setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom karbon, membentuk struktur ikatan kovalen sp³ yang stabil. Ikatan yang kuat ini memberikan silikon karbida kekerasan yang luar biasa, ketidakaktifan kimia, dan kekonduksian terma.

Mengamati diagram struktur kristal silikon karbida mendedahkan bahawa lapisan atomnya disusun secara berkala mengikut paksi c, dengan susunan bertindih yang berbeza membentuk bentuk kristal yang tersendiri. Polimorfisme ini merupakan sumber utama sifat fizikal unik silikon karbida.

Dalam silikon karbida, silikon (Si) mempamerkan keadaan pengoksidaan +4, manakala karbon (C) mempamerkan keadaan pengoksidaan −4. Keseimbangan keadaan pengoksidaan ini memastikan neutraliti elektrik keseluruhan kristal.
Sifat fizikal utama silikon karbida adalah seperti berikut:

• Kekerasan: Hampir 9.5, kedua tertinggi selepas intan

• Suhu lebur: kira-kira 2730°C

• Konduktiviti terma: 120–270 W/m·K (lebih tinggi daripada kebanyakan logam)

• Indeks bias (n): kira-kira 2.6–2.7

• Ketumpatan: kira-kira 3.21 g/cm³

• Rintang: 10⁵–10⁶ Ω·cm (bergantung kepada doping)

• Lebar larangan: kira-kira 2.3–3.3 eV (berubah mengikut struktur kristal)

Dengan sifat-sifat ini, silikon karbida menunjukkan prestasi luar biasa dalam penebat elektrik, penyaluran haba, ketahanan haus mekanikal, dan elektronik suhu tinggi.

Dalam industri semikonduktor, silikon karbida memegang kepentingan yang setara dengan terobosan revolusioner silikon pada zamannya. Sebagai salah satu bahan semikonduktor generasi ketiga terkemuka (satu lagi ialah galium nitrida, GaN), semikonduktor silikon karbida menampilkan medan elektrik pecah yang lebih tinggi, kekonduksian terma yang unggul, dan ketumpatan arus yang lebih tinggi.

Substrat karbida silikon adalah bahan kristal tunggal yang ditumbuhkan melalui sublimasi suhu tinggi atau teknik deposisi wap kimia (CVD), berfungsi sebagai bahan asas untuk peranti berkuasa tinggi.
Dalam sistem pembuatan tepat Zhi Hao Ceramics, substrat karbida silikon digunakan secara meluas dalam:

• MOSFET (Transistor Kesan Medan Logam-Oksida-Semikonduktor)

• IGBT (Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi)

• Diod Schottky

• Pengecas di atas papan (OBC)

• Peranti pengesan suhu tinggi

Disebabkan ketahanan suhu tinggi dan keupayaan voltan pecah yang tinggi pada substrat SiC, ia membolehkan peranti elektronik beroperasi secara stabil pada tahap kuasa yang lebih tinggi dan dalam faktor bentuk yang lebih kecil.

Wafers silikon karbida ialah hirisan nipis yang dipotong, digilap, dan dipoles daripada rod kristal tunggal silikon karbida, berfungsi sebagai bahan teras dalam pembuatan semikonduktor.
Wafers SiC berkepekatan tinggi yang dibekalkan oleh Zhi Hao Ceramics mempunyai:

• Ketinggian rata yang tinggi, ketumpatan kecacatan yang rendah;

• Kestabilan terma yang cemerlang;

• Serasi dengan peralatan proses silikon sedia ada.

Lempeng karbida silikon digunakan dalam aplikasi termasuk penukar arus kenderaan tenaga baharu, penukar kuasa, sistem kawalan motor berkelajuan tinggi, dan peralatan komunikasi frekuensi tinggi.

Karbit silikon mempunyai ciri dwi sebagai seramik struktur dan seramik fungsional, dengan aplikasi merangkumi pelbagai sektor industri berteknologi tinggi:

Sebagai pembekal terkemuka industri seramik karbida silikon, Zhi Hao Ceramics menyampaikan komponen karbida silikon gred struktur dan elektronik melalui kawalan serbuk berkepekatan tinggi, teknik sintering tepat, dan pemesinan CNC.

Antara bahan mentah industri, karbonida silikon terutamanya diklasifikasikan kepada karbonida silikon hitam dan karbonida silikon hijau.

Zhi Hao Ceramics terutamanya menggunakan karbon silikon hijau berketulenan tinggi dalam sektor seramik teknikal untuk pembuatan substrat semikonduktor, substrat pengurusan terma dan komponen elektronik suhu tinggi, memastikan keseimbangan optimum antara kekonduksian terma dan sifat penebat elektrik.

Dalam perbincangan mengenai semikonduktor generasi ketiga, silikon karbida (SiC) dan gallium nitrida (GaN) sering dibandingkan. Walaupun kedua-duanya tergolong dalam kategori semikonduktor jurang lebar, masing-masing mempunyai kelebihan tersendiri:

Untuk meringkaskan:

• Karbit silikon lebih sesuai untuk aplikasi voltan tinggi dan kuasa tinggi (seperti kenderaan tenaga baharu, bekalan kuasa industri, dan avionik).

• Nitrida gallium lebih sesuai untuk aplikasi frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi (seperti komunikasi 5G dan sistem radar).

ZhiHao Ceramics telah mengumpul kepakaran pembuatan yang luas dalam bahan SiC, menyediakan penyelesaian seramik yang boleh dipercayai untuk jangka masa panjang bagi sistem elektronik berkuasa tinggi.

Banyak pemula tersilap percaya bahawa silikon karbida adalah sebatian polimer. Sebenarnya, silikon karbida bukan struktur polimerik tetapi sebaliknya kristal kovalen anorganik.
Ikatan atomnya ialah ikatan kovalen Si–C; ia tidak mempunyai struktur rantaian polimer organik dan tidak mengandungi ikatan karbon–hidrogen.
Oleh itu, silikon karbida adalah bahan kristal bukan logam anorganik tipikal, bukannya polimer.

Kunci untuk menyediakan serbuk silikon karbida terletak pada ketulenan bahan mentah, kawalan saiz zarah, dan atmosfera sintering. Zhihao Ceramics menggunakan laluan penyediaan berikut:

1. Sintesis proses Acheson: Kristal silikon karbida dihasilkan dengan mengreaksi pasir kuarza dengan sumber karbon dalam tanur rintangan pada suhu 2200°C;

2. Kaedah Penimbalan Wap Kimia (CVD): digunakan untuk penyediaan karbonida silikon monokristal tulen tinggi;

3. Proses sintering reaksi (RBSiC): Serbuk karbon bertindak balas dengan serbuk silikon untuk membentuk struktur padat;

4. Teknologi Sinteran Tekanan Panas (HPSiC): Meningkatkan ketumpatan butir, meningkatkan kekuatan mekanikal dan kekonduksian terma.

Zhihao Ceramics memanfaatkan keupayaan sintering tepat dan pemesinan CNC miliknya untuk menghasilkan komponen karbida silikon khusus, menawarkan integrasi menyeluruh dari seramik struktur hingga substrat elektronik.

Dengan kebangkitan kenderaan elektrik dan industri penyimpanan tenaga fotovoltaik, peranti kuasa karbida silikon muncul sebagai teras revolusi kecekapan tenaga:

• Inverter Kenderaan Tenaga Baharu: SiC MOSFET boleh meningkatkan kecekapan sistem sebanyak 31% hingga 51%, sambil pada masa yang sama mengurangkan isipadu sistem pengurusan terma.

• Modul pengecasan pantas: Peranti SiC meningkatkan kecekapan pengecasan melalui ketahanan voltan tinggi dan ciri operasi frekuensi tinggi.

• Inverter fotovoltaik: Penggunaan peranti SiC dalam sistem 1500V boleh mengurangkan kerugian kuasa dengan ketara;

• Sistem Penyimpanan Tenaga (ESS): Karbida silikon membolehkan kawalan PWM frekuensi tinggi, mencapai masa tindak balas yang lebih pantas.

Substrat SiC dan bahan pengekulapan seramik ZhiHao Ceramics digunakan secara meluas dalam sistem pemacu utama kenderaan elektrik dan modul kawalan voltan tinggi, membolehkan pelanggan mencapai objektif kecekapan tinggi, penjimatan tenaga dan jangka hayat produk yang lebih panjang.

Sebagai salah satu pengeluar seramik teknikal terkemuka di China, Zhihao Ceramics memiliki kepakaran teknikal yang mendalam dalam penyediaan dan pemprosesan bahan karbida silikon:

1. Sistem bahan mentah berkepekaan tinggi: Menggunakan serbuk SiC ultra halus dengan kandungan kekotoran dikawal pada paras bawah 0.0011% mengikut berat.

2. Teknologi sintering tepat: Menggunakan pemampatan isostatik sejuk CIP digabungkan dengan sintering vakum memastikan ketumpatan tinggi dan liat rendah.

3. Keupayaan pemesinan ketepatan CNC: Mencapai ketepatan dimensi ±0.002mm dan memproses geometri kompleks.

4. Rawatan permukaan dan pelapisan: Menyokong proses permukaan termasuk pengamplasan kimia mekanikal (CMP), elektropelating, pelapisan nikel, dan pelapisan emas.

5. Pengalaman kerjasama pelbagai sektor: Menyediakan komponen seramik khusus untuk industri termasuk semikonduktor, tenaga, automotif, dan perubatan.

Barisan produk karbida silikon Zhi Hao Ceramics merangkumi wafer substrat, penyejuk haba, komponen mekanikal, penyokong penebat dan kategori lain, memenuhi keperluan jurutera dan pegawai perolehan dalam pelbagai senario aplikasi.

Seiring dunia beralih kepada sumber tenaga baharu dan penukaran kuasa elektrik yang cekap, pasaran peranti semikonduktor karbida silikon berkembang pesat. Menjelang 2030, pasaran peranti kuasa SiC dijangka melebihi US$10 bilion.

Pada masa hadapan, Zhihao Ceramics akan terus berdedikasi kepada pembuatan seramik karbida silikon kelas tinggi, memacu pembangunan bersepadu daripada penyelidikan dan pembangunan bahan hingga aplikasi penggunaan akhir.
Dari pembuatan wafer karbida silikon hingga seramik struktur suhu tinggi, Zhihao Ceramics menyediakan asas bahan yang kukuh untuk industri berteknologi tinggi global melalui ketukangan tepat dan prestasi yang boleh dipercayai.

Sedia untuk menghidupkan reka bentuk seramik anda?

Hubungi Zhihao Ceramics untuk penyelesaian pemprosesan seramik khusus yang memenuhi piawaian tertinggi bagi aplikasi khusus anda.