ซิลิคอน คาร์ไบด เปลี่ยนเป็นวัสดุครึ่งนําหลัก

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นที่รู้จักในฐานะวัสดุขัดถูทางอุตสาหกรรม ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงอย่างน่าทึ่งจนกลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง สารประกอบของซิลิคอนและคาร์บอนนี้มีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง อุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง และการใช้งานที่ล้ำสมัยอื่นๆ

ซิลิกอนคาร์ไบด์ได้รับคุณค่าในช่วงแรกในด้านความแข็งเป็นพิเศษ จึงได้รับฉายาว่า "คาร์บอรันดัม" ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม เป็นเวลาหลายทศวรรษที่มันทำหน้าที่เป็นวัสดุขัดถูในล้อเจียร กระดาษทราย และสารขัดเงาเป็นหลัก การใช้ในอดีตในอุตสาหกรรมโลหะ การแปรรูปหิน และการผลิตแก้วทำให้ชื่อเสียงของบริษัทเป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่ทนทาน

ในขณะที่เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก้าวหน้าไป นักวิจัยได้ค้นพบคุณสมบัติเฉพาะของซิลิคอนคาร์ไบด์ซึ่งทำให้เหนือกว่าซิลิคอนแบบดั้งเดิมในการใช้งานที่มีความต้องการสูง:

• แรงดันพังทลายสูง:ด้วยแรงดันพังทลายของซิลิคอนถึง 10 เท่า อุปกรณ์ SiC สามารถรองรับระดับพลังงานที่สูงขึ้นได้
• ความต้านทานต่อไฟต่ำ:ลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการทำงานช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ
• ความถี่ในการสลับสูง:ช่วยให้เวลาตอบสนองเร็วขึ้นและความแม่นยำในการควบคุมที่มากขึ้น
• การนำความร้อน:ดีกว่าซิลิคอนถึงสามเท่าเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น
• ทนต่ออุณหภูมิ:รักษาความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งซิลิคอนล้มเหลว

โดยทั่วไปแล้วซิลิคอนคาร์ไบด์จะปรากฏในรูปแบบสีเหลือง สีเขียว หรือสีน้ำเงิน-ดำที่มีความแวววาวเป็นสีรุ้ง โครงสร้างผลึกของมันมีอยู่ในโพลีไทป์หลายประเภท โดยที่ α-SiC (หกเหลี่ยม) และ β-SiC (ลูกบาศก์) เป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

• มวลโมเลกุล: 40.096 ก./โมล
• ความหนาแน่น: 3.16 ก./ซม. (หกเหลี่ยม)
• จุดหลอมเหลว: 2,830°C (เมื่อสลายตัว)
• ไม่ละลายในน้ำแต่ละลายได้ในด่างหลอมเหลวและเหล็ก
• การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน: ~900 cm²/(V·s)

อุปกรณ์ที่ใช้ SiC กำลังปฏิวัติยานพาหนะไฟฟ้า เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และอุปกรณ์จ่ายไฟโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและลดการสูญเสีย

ด้วยความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม ส่วนประกอบ SiC ใช้ในการบินและอวกาศ การสำรวจน้ำมัน และการใช้งานด้านโลหะวิทยาที่วัสดุทั่วไปใช้งานไม่ได้

ในฐานะวัสดุซับสเตรต SiC ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของไดโอดเปล่งแสงผ่านการจัดการความร้อนที่เหนือกว่าและความเสถียรทางเคมี

วัสดุนี้ยังคงมีบทบาทในผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและวัสดุทนไฟ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคล่องตัวในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

แม้ว่าซิลิกอนคาร์ไบด์จำนวนมากจะมีความเสี่ยงน้อยที่สุด แต่รูปแบบเส้นใยจำเป็นต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวัง Global Harmonized System จัดประเภทเส้นใย SiC ว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพ (GHS08) ด้วยระเบียบการด้านความปลอดภัยเฉพาะ:

• การป้องกันระบบทางเดินหายใจจากเส้นใยที่ลอยอยู่ในอากาศ
• อุปกรณ์ป้องกันรวมทั้งถุงมือและเสื้อผ้า
• การระบายอากาศที่เหมาะสมในพื้นที่ทำงาน

ในขณะที่การให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานทั่วโลกทวีความรุนแรงขึ้น ซิลิคอนคาร์ไบด์ก็พร้อมสำหรับการนำไปใช้ใน:

• รถยนต์ไฟฟ้าแห่งอนาคต
• โครงสร้างพื้นฐานกริดอัจฉริยะ
• ระบบรางขั้นสูง

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องช่วยลดต้นทุนการผลิต เร่งการบูรณาการในอุตสาหกรรมต่างๆ ข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติของวัสดุทำให้วัสดุเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีที่ยั่งยืน

การเปลี่ยนแปลงของซิลิคอนคาร์ไบด์จากสารขัดถูทางอุตสาหกรรมไปเป็นรากฐานที่สำคัญของเซมิคอนดักเตอร์ แสดงให้เห็นว่านวัตกรรมด้านวัสดุศาสตร์สามารถปรับโฉมอุตสาหกรรมทั้งหมดได้อย่างไร ด้วยการผสมผสานคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์และศักยภาพการใช้งานที่เพิ่มขึ้น SiC แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อกระบวนการผลิตเติบโตเต็มที่ วัสดุที่โดดเด่นนี้มีแนวโน้มที่จะมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอนาคต