Silisyum karbür malzemelerine giriş

Silisyum karbür, inorganik bir madde olarak, 1:1 oranında karbon ve silisyumdan oluşur ve benzersiz bir Si-C tetrahedral yapıya sahiptir. Bu yapı, silisyum karbüre yüksek sertlik, yüksek termal kararlılık ve geniş bant aralığı gibi mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikler kazandırır. Silisyum karbürün bant aralığı genişliği, silisyumun neredeyse üç katı olan 3,26 eV kadar yüksektir ve bu da daha yüksek sıcaklıklarda kararlı kalmasını ve daha yüksek bir bozulma elektrik alanı gücüne sahip olmasını sağlar.

Silisyum karbür malzemelerin hazırlanması

Sic malzemelerin hazırlanması esas olarak gaz fazı yöntemi, sıvı faz yöntemi ve katı faz yöntemini içerir. Bunlar arasında, fiziksel buhar taşıma yöntemi (PVT) ve kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD), yüksek kaliteli SiC tek kristalleri hazırlamak için ana yöntemlerdir. PVT yöntemi, SiC kaynak tozunu yüksek sıcaklıkta süblimleştirir ve tohum kristalinin yüzeyinde yüksek kaliteli SiC tek kristallerini yoğunlaştırır ve büyütür. CVD yöntemi, yüksek sıcaklıkta gaz reaksiyonu yoluyla ultra ince ve yüksek saflıkta SiC tozu elde eder. Ek olarak, sol-jel yöntemi ve üst tohum çözeltisi büyüme yöntemi (TSSG) de yaygın olarak kullanılan hazırlama yöntemleridir.

Silisyum karbür malzemelerin uygulamaları

SiC malzemeler mükemmel performansları nedeniyle birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.

‌Güç cihazları‌: sic malzemeleri güç elektroniği alanında önemli avantajlara sahiptir. Örneğin, elektrikli araç invertörlerinde ve şarj yığınlarında, silisyum karbür güç cihazları paket boyutunu küçültebilir, kayıpları azaltabilir ve dönüşüm verimliliğini artırabilir. Tesla ve BYD gibi tanınmış otomobil şirketleri, elektrikli araç ürünlerinde silisyum karbür cihazları kullanmıştır. Ek olarak, silisyum karbür cihazları fotovoltaik invertörlerde ve raylı ulaşımda da yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu da sistemin genel verimliliğini artırabilir.

‌RF cihazları‌: Askeri ve iletişim alanlarında, silisyum karbür bazlı galyum nitrür RF cihazları, 5G mobil iletişim sistemleri ve yeni nesil aktif faz dizili radarlar gibi sistemlerin temel bileşenleri haline gelmiştir. İyi termal iletkenliği, yüksek frekansı ve yüksek güç avantajları, silisyum karbür malzemelerinin RF cihazları alanında geniş uygulama beklentilerine sahip olmasını sağlar.

‌Hızlı Şarj Cihazı‌: Sic cihazları, mükemmel yüksek sıcaklık direnci, düşük kayıp ve yüksek verimliliği nedeniyle yeni nesil güç cihazları için ideal bir seçim olarak kabul edilir. Örneğin, Tyco Tianrun'un G3S06505C ve G5S6504Z gibi Silisyum karbür diyotları, anahtarlama güç kaynaklarında, PFC faktör düzeltmesinde, motor sürücülerinde, invertörlerde ve diğer senaryolarda yaygın olarak kullanılır.

‌Havacılık‌: Silisyum karbür parçacık takviyeli alüminyum bazlı kompozitler havacılık alanında da çığır açan uygulamalara ulaşmıştır. Örneğin, F16 savaş uçağının ventral yüzgecinde ve Eurocopter'in yeni helikopter rotor sisteminde, silisyum karbür parçacık takviyeli alüminyum bazlı kompozitler bileşenlerin sertliğini ve ömrünü önemli ölçüde iyileştirmektedir.

Silisyum karbür endüstrisinin pazar büyüklüğü ve gelişme eğilimi

Yole'nin verilerine göre, küresel SiC güç cihazı pazar büyüklüğü 2021'de 1,09 milyar ABD dolarından 2027'de 6,297 milyar ABD dolarına, yıllık %34 bileşik büyüme oranıyla büyüyecek. Aynı zamanda, silisyum karbür bazlı galyum nitrür RF cihazlarının pazar büyüklüğü büyümeye devam edecek. Çin pazarında, silisyum karbür ve galyum nitrür güç elektronik cihazlarının pazar büyüklüğünün %45 bileşik yıllık büyüme oranıyla yaklaşık 30 milyar yuana çıkması bekleniyor.

Silisyum karbür endüstrisindeki zorluklar ve fırsatlar

Sic malzemelerin birçok avantajı olmasına rağmen, hazırlanmaları ve uygulamaları hala bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Örneğin, silisyum karbür alt tabakalarının hazırlama teknolojisi zordur ve verim oranının iyileştirilmesi gerekir; silisyum karbür cihazlarının üretim maliyeti yüksektir ve pazar tanıtımı hala çaba gerektirmektedir. Ancak, teknolojinin sürekli ilerlemesi ve pazarın sürekli genişlemesiyle, silisyum karbür endüstrisi daha fazla geliştirme fırsatı sunacaktır. Gelecekte, silisyum karbür malzemeler daha fazla alanda kullanılacak ve yarı iletken endüstrisinin gelişimine yeni bir canlılık katacaktır.