ในยุคแห่งความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของการผลิตเทคโนโลยีขั้นสูง วัสดุเซรามิกได้ก้าวข้ามการใช้งานแบบดั้งเดิมไปแล้ว ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ พลังงาน ยานยนต์ และอวกาศ ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นวัสดุเซรามิกประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ กำลังกลายเป็นจุดสนใจในด้านการผลิตอุตสาหกรรมและวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ซิลิคอนคาร์ไบด์คืออะไรในฐานะผลึก? โครงสร้าง คุณสมบัติ และการใช้งานของมันคืออะไร? บทความนี้ซึ่งนำเสนอโดย Zhihao Ceramics จะเจาะลึกถึงแก่นแท้และคุณค่าทางอุตสาหกรรมของวัสดุนี้

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารประกอบที่เกิดจากการเชื่อมต่อแบบโคเวเลนต์ของอะตอมคาร์บอน (C) และอะตอมซิลิคอน (Si) มันเป็นผลึกโคเวเลนต์ที่แสดงแรงเชื่อมต่ออะตอมที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษและโครงสร้างตาข่ายที่มีความเสถียรสูง ผลึกนี้มีคุณสมบัติสองด้านเป็นทั้งเซรามิกและสารกึ่งตัวนำ ซึ่งเป็นตัวแทนของวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานกว้างทั่วไป

ซิลิคอนคาร์ไบด์ไม่ใช่โลหะหรือสารประกอบพอลิเมอร์ แต่เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ไม่มีโลหะในโครงสร้าง เป็นผลึกที่มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรมาก สามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างได้แม้ในสภาวะอุณหภูมิสูง แรงดันสูง และสภาพแวดล้อมที่มีความกัดกร่อนสูง ด้วยเหตุนี้ ซิลิคอนคาร์ไบด์จึงมีบทบาทสำคัญในเซรามิกแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ที่ใช้ในอุณหภูมิสูง และอุตสาหกรรมพลังงานใหม่

โครงสร้างผลึกของซิลิคอนคาร์ไบด์มีความซับซ้อนอย่างยิ่ง มันไม่ใช่รูปแบบผลึกเดี่ยวแต่เป็นวัสดุหลายรูปแบบที่แสดงลักษณะผลึกหลายรูปแบบ ปัจจุบันมีการรู้จักซิลิคอนคาร์ไบด์ในรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันมากกว่า 200 รูปแบบ โดยตัวอย่างทั่วไปได้แก่:

โครงสร้างเซลล์หน่วยของซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้รูปทรงสี่หน้าเป็นหน่วยพื้นฐาน โดยแต่ละอะตอมของซิลิคอนถูกล้อมรอบด้วยอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอม สร้างโครงสร้างพันธะโคเวเลนต์แบบ sp³ ที่เสถียร การเชื่อมต่อที่แข็งแรงนี้ทำให้ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งพิเศษ ความเฉื่อยทางเคมี และการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม

การตรวจสอบแผนภาพโครงสร้างผลึกของซิลิคอนคาร์ไบด์เผยให้เห็นว่าชั้นอะตอมของมันถูกจัดเรียงเป็นระเบียบตามแนวแกน c โดยมีลำดับการซ้อนที่แตกต่างกันซึ่งก่อให้เกิดรูปแบบผลึกที่แตกต่างกัน ความหลากหลายของรูปแบบผลึกนี้เป็นแหล่งสำคัญของสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของซิลิคอนคาร์ไบด์

ในซิลิคอนคาร์ไบด์ ซิลิคอน (Si) แสดงสถานะออกซิเดชัน +4 ในขณะที่คาร์บอน (C) แสดงสถานะออกซิเดชัน −4 ความสมดุลของสถานะออกซิเดชันนี้ทำให้ผลรวมของคริสตัลเป็นกลางทางไฟฟ้า
คุณสมบัติทางกายภาพหลักของซิลิคอนคาร์ไบด์มีดังต่อไปนี้:

• ความแข็ง: ใกล้เคียง 9.5 รองจากเพชรเท่านั้น

• จุดหลอมเหลว: ประมาณ 2730°C

• การนำความร้อน: 120–270 วัตต์/เมตร·เคลวิน (สูงกว่าโลหะส่วนใหญ่)

• ดัชนีหักเห (n): ประมาณ 2.6–2.7

• ความหนาแน่น: ประมาณ 3.21 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

• ค่าความต้านทานไฟฟ้า: 10⁵–10⁶ Ω·ซม. (ขึ้นอยู่กับปริมาณสารเจือ)

• ความกว้างของแถบต้องห้าม: ประมาณ 2.3–3.3 eV (เปลี่ยนแปลงตามโครงสร้างผลึก)

ด้วยคุณลักษณะเหล่านี้ ซิลิคอนคาร์ไบด์แสดงให้เห็นถึงสมรรถนะที่ยอดเยี่ยมในการเป็นฉนวนไฟฟ้า การระบายความร้อน การทนต่อการสึกหรอทางกล และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานในอุณหภูมิสูง

ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความสำคัญเทียบเท่ากับการปฏิวัติของซิลิคอนในยุคของมัน ในฐานะที่เป็นหนึ่งในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามที่เป็นตัวแทน (อีกตัวหนึ่งคือแกลเลียมไนไตรด์, GaN) เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์มีสนามไฟฟ้าที่ทนทานต่อการแตกตัวสูงกว่า การนำความร้อนที่ดีกว่า และความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่า

วัสดุฐานซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุผลึกเดี่ยวที่ผลิตขึ้นโดยกระบวนการระเหิดที่อุณหภูมิสูงหรือเทคนิคการสะสมไอเคมี (CVD) ทำหน้าที่เป็นวัสดุฐานสำหรับอุปกรณ์กำลังสูง
ภายในระบบการผลิตที่มีความแม่นยำสูงของ Zhi Hao Ceramics แผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางใน:

• MOSFET (เมทัล-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ ฟิลด์-เอฟเฟค ทรานซิสเตอร์)

• IGBT (อินซูลेस เกท ไบโพลาร์ ทรานซิสเตอร์)

• ไดโอดชอตกี้

• เครื่องชาร์จในตัว

• อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิสูง

เนื่องจากความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงและความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงของวัสดุฐาน SiC ทำให้สามารถใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างเสถียรที่ระดับพลังงานสูงขึ้นและมีขนาดที่เล็กลง

แผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นแผ่นบางที่ตัด ขัด และเจียรจากแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยว ใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
แผ่นเวเฟอร์ SiC ความบริสุทธิ์สูงที่จัดหาโดย Zhi Hao Ceramics มีคุณสมบัติ:

• ความเรียบสูง ความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำ

• ความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม;

• เข้ากันได้กับอุปกรณ์กระบวนการซิลิคอนที่มีอยู่

แผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ รวมถึงอินเวอร์เตอร์สำหรับยานยนต์พลังงานใหม่, ตัวแปลงพลังงาน, ระบบควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูง, และอุปกรณ์สื่อสารความถี่สูง

ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติสองด้านทั้งในฐานะเซรามิกโครงสร้างและเซรามิกเชิงหน้าที่ โดยมีแอปพลิเคชันครอบคลุมหลายภาคอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง:

ในฐานะผู้จัดจำหน่ายเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอนชั้นนำในอุตสาหกรรม Zhi Hao Ceramics นำเสนอส่วนประกอบเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอนเกรดโครงสร้างและเกรดอิเล็กทรอนิกส์ผ่านการควบคุมผงความบริสุทธิ์สูง เทคโนโลยีการเผาด้วยความแม่นยำสูง และการกลึง CNC

ในบรรดาวัตถุดิบอุตสาหกรรม ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกจัดประเภทหลักเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว

Zhi Hao Ceramics ใช้วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นหลักในอุตสาหกรรมเซรามิกเทคนิคสำหรับการผลิตแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ แผ่นจัดการความร้อน และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทนความร้อนสูง ซึ่งช่วยให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างคุณสมบัติการนำความร้อนและการฉนวนไฟฟ้า

ในการอภิปรายเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำรุ่นที่สาม ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) มักถูกนำมาเปรียบเทียบกัน แม้ว่าทั้งสองจะอยู่ในกลุ่มสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง แต่แต่ละชนิดก็มีข้อดีที่แตกต่างกัน:

สรุป:

• ซิลิคอนคาร์ไบด์เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูงและกำลังสูง (เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่, แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม, และระบบอิเล็กทรอนิกส์การบิน)

• ไนโอเบียมไนไตรด์เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงและความเร็วสูง (เช่น การสื่อสาร 5G และระบบเรดาร์)

Zhi Hao Ceramics ได้สั่งสมความเชี่ยวชาญด้านการผลิตวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) อย่างกว้างขวาง พร้อมนำเสนอโซลูชันเซรามิกที่เชื่อถือได้และยาวนานสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง

ผู้เริ่มต้นหลายคนเข้าใจผิดว่าซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารประกอบพอลิเมอร์ ในความเป็นจริง ซิลิคอนคาร์ไบด์ไม่ใช่โครงสร้างพอลิเมอร์ แต่เป็นผลึกโคเวเลนต์อนินทรีย์
พันธะอะตอมของมันคือพันธะโคเวเลนต์ Si–C; มันไม่มีโครงสร้างสายโซ่ของโพลีเมอร์อินทรีย์และไม่มีพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจน
ดังนั้น ซิลิคอนคาร์ไบด์จึงเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ไม่มีลักษณะเป็นโลหะและเป็นผลึก ซึ่งแตกต่างจากพอลิเมอร์

กุญแจสำคัญในการเตรียมผงซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ที่ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ การควบคุมขนาดอนุภาค และบรรยากาศการเผาผนึก Zhihao Ceramics ใช้กระบวนการเตรียมดังต่อไปนี้:

1. กระบวนการสังเคราะห์แบบแอชสัน: ผลึก SiC ถูกผลิตขึ้นโดยการทำให้ทรายควอตซ์ทำปฏิกิริยากับแหล่งคาร์บอนในเตาความต้านทานที่อุณหภูมิ 2200°C;

2. วิธีการเคลือบด้วยไอเคมี (CVD): ใช้สำหรับการเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยวที่มีความบริสุทธิ์สูง

3. กระบวนการเผาผนึกแบบปฏิกิริยาเชื่อมประสาน (RBSiC): ผงคาร์บอนทำปฏิกิริยากับผงซิลิกอนเพื่อสร้างโครงสร้างที่หนาแน่น

4. เทคโนโลยีการอัดร้อนแบบซินเตอร์ (HPSiC): เพิ่มความหนาแน่นของเม็ดเนื้อวัสดุ ช่วยเสริมความแข็งแรงเชิงกลและการนำความร้อน

Zhihao Ceramics ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการเผาผนึกด้วยความแม่นยำสูงและเครื่องจักร CNC ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของบริษัท เพื่อส่งมอบชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ออกแบบเฉพาะตามความต้องการ พร้อมให้บริการแบบครบวงจรตั้งแต่เซรามิกโครงสร้างไปจนถึงแผ่นรองรับอิเล็กทรอนิกส์

ด้วยการเพิ่มขึ้นของยานพาหนะไฟฟ้าและอุตสาหกรรมการเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์, อุปกรณ์กำลังไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังกลายเป็นศูนย์กลางของการปฏิวัติประสิทธิภาพพลังงาน:

• อินเวอร์เตอร์สำหรับยานยนต์พลังงานใหม่: SiC MOSFETs สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้ถึง 31% ถึง 51% พร้อมทั้งลดขนาดของระบบจัดการความร้อนในเวลาเดียวกัน

• โมดูลชาร์จเร็ว: อุปกรณ์ SiC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการชาร์จผ่านความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและคุณสมบัติการทำงานที่ความถี่สูง

• อินเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิก: การใช้ชิ้นส่วน SiC ในระบบ 1500V สามารถลดการสูญเสียพลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ;

• ระบบกักเก็บพลังงาน (ESS): SiC ช่วยให้สามารถควบคุม PWM ความถี่สูงได้ ทำให้ได้เวลาตอบสนองที่รวดเร็วขึ้น

แผ่นฐาน SiC และวัสดุห่อหุ้มเซรามิกของ ZhiHao Ceramics กำลังถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในระบบขับเคลื่อนหลักของยานยนต์ไฟฟ้าและโมดูลควบคุมแรงดันสูง ช่วยให้ลูกค้าบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

ในฐานะหนึ่งในผู้ผลิตเซรามิกทางเทคนิคชั้นนำของจีน Zhihao Ceramics มีความเชี่ยวชาญทางเทคนิคอย่างมากในการเตรียมและแปรรูปวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์:

1. ระบบการใช้วัตถุดิบบริสุทธิ์สูง: ใช้ผง SiC ที่มีความละเอียดสูงมาก โดยมีปริมาณสิ่งเจือปนควบคุมให้ต่ำกว่า 0.0011% โดยน้ำหนัก

2. เทคโนโลยีการเผาผนึกด้วยความแม่นยำสูง: ใช้การอัดเย็นแบบไอโซสแตติก (CIP) ร่วมกับการเผาผนึกในสุญญากาศ เพื่อให้ได้ความหนาแน่นสูงและรูพรุนต่ำ

3. ความสามารถในการกลึงความแม่นยำด้วยเครื่อง CNC: สามารถบรรลุความแม่นยำเชิงมิติที่ ±0.002 มม. และประมวลผลรูปทรงที่ซับซ้อนได้

4. การบำบัดพื้นผิวและการเคลือบ: รองรับกระบวนการพื้นผิวรวมถึงการขัดด้วย CMP, การชุบไฟฟ้า, การชุบนิกเกิล และการชุบทอง

5. ประสบการณ์ความร่วมมือระหว่างหลายภาคส่วน: การจัดหาชิ้นส่วนเซรามิกที่ออกแบบเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ พลังงาน ยานยนต์ และการแพทย์

ผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ของ Zhi Hao Ceramics ครอบคลุมแผ่นเวเฟอร์ฐาน, ฮีตซิงค์, ชิ้นส่วนเครื่องกล, ตัวรองรับฉนวน และหมวดหมู่อื่น ๆ ซึ่งตอบสนองความต้องการของวิศวกรและเจ้าหน้าที่จัดซื้อในหลากหลายสถานการณ์การใช้งาน

ในขณะที่โลกกำลังเปลี่ยนผ่านไปสู่แหล่งพลังงานใหม่และการแปลงพลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ ตลาดอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ภายในปี 2573 ตลาดอุปกรณ์กำลังไฟฟ้า SiC คาดว่าจะมีมูลค่าเกินกว่า 10 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ

ในอนาคต Zhihao Ceramics จะยังคงมุ่งมั่นในการผลิตเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอนระดับไฮเอนด์ โดยขับเคลื่อนการพัฒนาแบบบูรณาการตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาวัสดุไปจนถึงการใช้งานในขั้นสุดท้าย
ตั้งแต่การผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ไปจนถึงเซรามิกโครงสร้างทนอุณหภูมิสูง Zhihao Ceramics มอบรากฐานวัสดุที่แข็งแกร่งให้กับอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูงระดับโลกด้วยงานฝีมือที่แม่นยำและประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้

พร้อมที่จะทำให้การออกแบบเซรามิกของคุณเป็นจริงหรือยัง?

ติดต่อ Zhihao Ceramics สำหรับโซลูชันการแปรรูปเซรามิกตามสั่งที่ตรงตามมาตรฐานสูงสุดสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณ