منتجات اخرى

كربيد السيليكون (SiC): التاريخ والمستقبل
يوجد كربيد السيليكون في الطبيعة كمعدن نادر للغاية يعرف باسم المويسانتي، والذي تم العثور عليه لأول مرة في عام 1893 في فوهة نيزك كانيون ديابلو في أريزونا. ومع ذلك، قبل عامين من ذلك، اكتشف المخترع الأمريكي إدوارد جي. أتشيسون بالصدفة كربيد السيليكون، والذي أطلق عليه اسم كاربوروندوم، بينما كان يبحث عن طريقة لإنتاج الماس الاصطناعي. في السنوات التالية، حصل أتشيسون على براءة اختراع لطريقته في صنع مسحوق كربيد السيليكون، كما طور التكنولوجيا التي لا تزال تستخدم حتى اليوم لإنشاء SiC عن طريق اختزال السيليكا بالكربون في درجات حرارة عالية في فرن كهربائي.
وبفضل صلابة المركب الجديد - الذي كان، حتى اختراع كربيد البورون في عام 1929، أصلب مادة اصطناعية معروفة - شهدت أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين أن SiC أصبحت شائعة جدًا على المستوى الصناعي باعتبارها مادة كاشطة فعالة للغاية، التطبيق الذي لا يزال يستخدم حتى اليوم. في السنوات الأخيرة، تم استخدام SiC أيضًا كأساس للسيراميك طويل الأمد المستخدم في فرامل السيارات والقوابض.
شهد العقد الأول من القرن العشرين استخدام كربيد السيليكون كثنائيات كاشفة لأجهزة الراديو البلورية المبكرة، مما يجعلها من الناحية النظرية أول مادة شبه موصلة ذات أهمية تجارية. في هذا الوقت لوحظ أيضًا أن المادة سوف تتوهج ويتغير لونها عند تطبيق تيار كهربائي، مما يعني أنها أيضًا مقدمة مبكرة للصمام الثنائي الباعث للضوء. في وقت لاحق من ذلك القرن، أدت الخصائص الكهربائية للمادة (مقاومة عالية تصل إلى عتبة جهد معينة تنخفض إلى مقاومة أقل بكثير فوق تلك العتبة) إلى نشرها في عوازل البرق لأنظمة توزيع الطاقة الكهربائية، حيث يتم توصيل أعمدة من كريات SiC بين الجهد العالي ضمنت خطوط الكهرباء والأرض انتقال ضربات البرق إلى الأرض وليس على طول خطوط الكهرباء.

كيف يمكن مقارنة كربيد السيليكون (SiC) بنتريد الغاليوم (GaN)؟
بالمقارنة مع السيليكون الذي يحتوي على فجوة نطاق تبلغ 1.12 فولت (إلكترون فولت)، فإن GaN وSiC عبارة عن أشباه موصلات مركبة ذات فجوات نطاق أعلى بحوالي ثلاثة أضعاف عند 3.39 فولت و3.26 فولت على التوالي. وهذا يعني أن كلاهما يمكن أن يدعم الفولتية الأعلى والترددات الأعلى، على الرغم من وجود عدد من الاختلافات بين التقنيتين التي تؤثر على كيفية عملهما ومكان استخدامها.
أحد الاختلافات بين GaN وSiC هو السرعة من حيث حركة الإلكترون - مدى السرعة التي يمكن أن تتحرك بها الإلكترونات عبر مادة أشباه الموصلات. عند 2,000 cm²/Vs، تكون حركة الإلكترون في GaN أسرع بنسبة 30% من حركة السيليكون، في حين أن SiC لديه حركة إلكترون تبلغ 650 cm²/Vs. تلعب هذه الاختلافات دورًا في تحديد الفوائد التي تقدمها كل تقنية للتطبيق المستهدف.
على سبيل المثال، فإن الحركة الإلكترونية العالية لـ GaN تجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية الأداء وعالية التردد، وهو أمر يتم دعمه بشكل أكبر بفضل نسبة صغيرة جدًا جدًا من الشريحة التي يتم استهلاكها فعليًا بواسطة قطب البوابة. وهذا يضمن سعة منخفضة للغاية مما يعني أنه من السهل تحقيق ترددات أعلى (وهذا هو السبب في استخدام أشباه الموصلات GaN على نطاق واسع في أجهزة الترددات اللاسلكية التي تعمل في نطاق جيجاهيرتز).
من ناحية أخرى، فإن SiC، مع الموصلية الحرارية العالية والتشغيل المنخفض التردد، أكثر ملاءمة لتطبيقات الطاقة العالية بما في ذلك الفولتية العالية المطلوبة في المركبات الكهربائية ومراكز البيانات، وبعض تصميمات الطاقة الشمسية، والجر بالسكك الحديدية، وتوربينات الرياح. وتوزيع الشبكات والتصوير الصناعي والطبي الذي لا يتطلب دائمًا تبديل عالي التردد ولكنه يحتاج إلى تشغيل بجهد أعلى وتحسين تبديد الحرارة.