1. Introducción al carburo de silicio

El carburo de silicio, un compuesto sintético de silicio y carbono, ha surgido como un material revolucionario en la fabricación avanzada. Sintetizado por primera vez en 1891 por Edward Acheson, el carburo de silicio combina propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas excepcionales, lo que lo hace indispensable en aplicaciones de alto rendimiento que abarcan desde la electrónica de potencia hasta la industria aeroespacial.

2. Propiedades clave del carburo de silicio

2.1 Características estructurales y físicas

Estructura cristalina: Existe en más de 250 politipos (por ejemplo, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), siendo el 4H-SiC el que predomina en las aplicaciones de semiconductores.

Dureza: Escala de Mohs de 9,5, solo superada por el diamante.

Conductividad térmica: 120-200 W/m·K, superando al cobre en disipación de calor.

Punto de fusión: ~2700 °C, adecuado para entornos extremos.

2.2 Propiedades eléctricas

‌Banda prohibida amplia‌: 3,26 eV (4H-SiC) frente a 1,12 eV para silicio, lo que permite un funcionamiento a alto voltaje y alta temperatura.

Campo de ruptura: 10 veces mayor que el silicio, lo que reduce las pérdidas de energía.

2.3 Estabilidad química

Resiste oxidación, ácidos y álcalis hasta 1.600 °C.

3. Aplicaciones del carburo de silicio en distintas industrias

Casos de uso en la industria:

Semiconductores‌ Dispositivos de potencia (MOSFET, diodos Schottky), componentes 5G/RF 

Inversores para vehículos eléctricos ‌automotrices‌: cargadores integrados (por ejemplo, inversor de tracción SiC del Tesla Model 3) 

‌Energía‌ Inversores solares: convertidores de turbinas eólicas, sensores de reactores nucleares 

Componentes de satélites aeroespaciales: recubrimientos térmicos para motores a reacción 

Herramientas de corte industriales: abrasivos, revestimientos refractarios 

4.Técnicas de procesamiento y desafíos

4.1 Pasos clave de fabricación

Crecimiento de cristales: sublimación (PVT) para cristales a granel.

CVD para capas epitaxiales.

Procesamiento de obleas: corte con alambre de diamante, pulido químico-mecánico.

Fabricación del dispositivo: implantación de iones, grabado en seco.

4.2 Barreras técnicas

‌Arco de oblea‌: Se requiere una curvatura de <50 μm para obleas de 150 mm.

‌Tasas de rendimiento‌: ~60 % para capas epitaxiales de SiC de 200 mm (promedio de la industria del primer trimestre de 2025).

5. Tendencias futuras en la tecnología de SiC (perspectivas para 2025-2030)

Adopción de obleas de 8 pulgadas: se proyecta que reducirá los costos de los dispositivos en un 35 % para 2028.

Aplicaciones cuánticas: Vacantes de SiC para computación cuántica a temperatura ambiente.

Expansión de la capacidad global: la producción de SiC de China alcanzará el 40% de la participación de mercado en 2027.

6. Conclusión

Las propiedades únicas del carburo de silicio lo posicionan como un material fundamental para las tecnologías sustentables. Comprender la distinción entre el SiC de alta pureza y el convencional (y sus respectivos roles en la electrónica de potencia frente a los sistemas industriales) es fundamental para optimizar las estrategias de diseño y fabricación. A medida que la industria avanza hacia obleas de 8 pulgadas y aplicaciones novedosas, el aprendizaje continuo y la innovación de procesos seguirán siendo esenciales.