Introducción a los materiales de carburo de silicio

El carburo de silicio, como sustancia inorgánica, está compuesto de carbono y silicio en una proporción de 1:1 y tiene una estructura tetraédrica Si-C única. Esta estructura le otorga al carburo de silicio excelentes propiedades físicas y químicas, como alta dureza, alta estabilidad térmica y ancho de banda prohibida. El ancho de banda prohibida del carburo de silicio es tan alto como 3,26 eV, casi tres veces el del silicio, lo que le permite permanecer estable a temperaturas más altas y tener una mayor intensidad de campo eléctrico de ruptura.

Preparación de materiales de carburo de silicio

La preparación de materiales de SiC incluye principalmente el método de fase gaseosa, el método de fase líquida y el método de fase sólida. Entre ellos, el método de transporte físico de vapor (PVT) y el método de deposición química de vapor (CVD) son los principales métodos para preparar monocristales de SiC de alta calidad. El método PVT sublima el polvo de fuente de SiC a alta temperatura y condensa y hace crecer monocristales de SiC de alta calidad en la superficie del cristal semilla. El método CVD obtiene polvo de SiC ultrafino y de alta pureza a través de una reacción de gas a alta temperatura. Además, el método sol-gel y el método de crecimiento de solución de semilla superior (TSSG) también son métodos de preparación comúnmente utilizados.

Aplicación de materiales de carburo de silicio

Los materiales de SiC se han utilizado ampliamente en muchos campos debido a su excelente rendimiento.

Dispositivos de potencia: los materiales de silicio tienen ventajas significativas en el campo de la electrónica de potencia. Por ejemplo, en los inversores de vehículos eléctricos y las pilas de carga, los dispositivos de potencia de carburo de silicio pueden reducir el tamaño del paquete, reducir las pérdidas y mejorar la eficiencia de conversión. Empresas automovilísticas conocidas como Tesla y BYD ya han utilizado dispositivos de carburo de silicio en sus productos para vehículos eléctricos. Además, los dispositivos de carburo de silicio también se utilizan ampliamente en inversores fotovoltaicos y transporte ferroviario, lo que puede mejorar la eficiencia general del sistema.

Dispositivos de radiofrecuencia: en los campos militar y de las comunicaciones, los dispositivos de radiofrecuencia de nitruro de galio basados ​​en carburo de silicio se han convertido en componentes fundamentales de sistemas como los sistemas de comunicación móvil 5G y los radares de matriz en fase activa de nueva generación. Su buena conductividad térmica, alta frecuencia y ventajas de alta potencia hacen que los materiales de carburo de silicio tengan amplias perspectivas de aplicación en el campo de los dispositivos de radiofrecuencia.

Cargador rápido: los dispositivos Sic se consideran una opción ideal para la nueva generación de dispositivos de potencia debido a su excelente resistencia a altas temperaturas, baja pérdida y alta eficiencia. Por ejemplo, los diodos de carburo de silicio como G3S06505C y G5S6504Z de Tyco Tianrun se utilizan ampliamente en fuentes de alimentación conmutadas, corrección del factor PFC, controladores de motores, inversores y otros escenarios.

‌Aeroespacial‌: Los compuestos a base de aluminio reforzados con partículas de carburo de silicio también han logrado aplicaciones revolucionarias en el campo aeroespacial. Por ejemplo, en la aleta ventral del caza F16 y en el nuevo sistema de rotor del helicóptero de Eurocopter, los compuestos a base de aluminio reforzados con partículas de carburo de silicio mejoran significativamente la rigidez y la vida útil de los componentes.

Tamaño del mercado y tendencia de desarrollo de la industria del carburo de silicio

Según los datos de Yole, el tamaño del mercado mundial de dispositivos de potencia de SiC crecerá de 1.090 millones de dólares en 2021 a 6.297 millones de dólares en 2027, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 34%. Al mismo tiempo, el tamaño del mercado de dispositivos de radiofrecuencia de nitruro de galio basados ​​en carburo de silicio seguirá creciendo. En el mercado chino, se espera que el tamaño del mercado de dispositivos electrónicos de potencia de carburo de silicio y nitruro de galio aumente a casi 30.000 millones de yuanes a una tasa de crecimiento anual compuesta del 45%.

Desafíos y oportunidades en la industria del carburo de silicio

Aunque los materiales de carburo de silicio tienen muchas ventajas, su preparación y aplicación aún enfrentan algunos desafíos. Por ejemplo, la tecnología de preparación de sustratos de carburo de silicio es difícil y es necesario mejorar la tasa de rendimiento; el costo de fabricación de los dispositivos de carburo de silicio es alto y la promoción del mercado aún necesita esfuerzos. Sin embargo, con el avance continuo de la tecnología y la expansión continua del mercado, la industria del carburo de silicio marcará el comienzo de más oportunidades de desarrollo. En el futuro, los materiales de carburo de silicio se utilizarán en más campos, inyectando nueva vitalidad al desarrollo de la industria de semiconductores.