يدخلاستخدام مواد كربيد السيليكون

كربيد السيليكون (كربيد السيليكون)، كمادة غير عضوية، يتكون من الكربون والسيليكون بنسبة 1:1 وله بنية رباعية السطوح سي-C فريدة من نوعها. تمنح هذه البنية كربيد السيليكون خصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة، مثل الصلابة العالية والاستقرار الحراري العالي والفجوة النطاقية الواسعة. يبلغ عرض الفجوة النطاقية لكربيد السيليكون 3.26 إلكترون فولت، أي ما يقرب من ثلاثة أضعاف السيليكون، مما يسمح له بالبقاء مستقرًا في درجات حرارة أعلى ويكون له قوة مجال كهربائي انهيار أعلى.

تحضير مواد كربيد السيليكون

يتضمن تحضير مواد كربيد السيليكون بشكل أساسي طريقة الطور الغازي وطريقة الطور السائل وطريقة الطور الصلب. ومن بينها، تعد طريقة النقل الفيزيائي للبخار (بي في تي) وطريقة الترسيب الكيميائي للبخار (أمراض القلب والأوعية الدموية) الطرق الرئيسية لإعداد بلورات كربيد السيليكون أحادية عالية الجودة. تعمل طريقة النقل الفيزيائي للبخار على تسامي مسحوق مصدر كربيد السيليكون عند درجة حرارة عالية وتكثيف ونمو بلورات كربيد السيليكون أحادية عالية الجودة على سطح بلورة البذرة. تحصل طريقة الترسيب الكيميائي للبخار على مسحوق كربيد السيليكون فائق الدقة وعالي النقاء من خلال تفاعل غازي عالي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، تعد طريقة السول-جيل وطريقة نمو محلول البذور العلوية (تي اس اس جي) أيضًا طرق تحضير شائعة الاستخدام.

تطبيق مواد كربيد السيليكون

لقد تم استخدام مواد كربيد السيليكون على نطاق واسع في العديد من المجالات بسبب أدائها الممتاز.

‌أجهزة الطاقة‌: تتمتع مواد كربيد السيليكون بمزايا كبيرة في مجال إلكترونيات الطاقة. على سبيل المثال، في محولات السيارات الكهربائية وأكوام الشحن، يمكن لأجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون تقليل حجم العبوة وتقليل الخسائر وتحسين كفاءة التحويل. وقد استخدمت شركات السيارات المعروفة مثل تيسلا وBYD بالفعل أجهزة كربيد السيليكون في منتجاتها الخاصة بالسيارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أجهزة كربيد السيليكون على نطاق واسع أيضًا في محولات الطاقة الكهروضوئية والنقل بالسكك الحديدية، مما يمكن أن يحسن الكفاءة الإجمالية للنظام.

‌أجهزة التردد اللاسلكي: في المجال العسكري والاتصالات، أصبحت أجهزة التردد اللاسلكي المصنوعة من كربيد السيليكون ونترات الغاليوم مكونات أساسية لأنظمة مثل أنظمة الاتصالات المحمولة 5G ورادارات المصفوفة الطورية النشطة من الجيل الجديد. إن موصليتها الحرارية الجيدة وترددها العالي وقوتها العالية تجعل مواد كربيد السيليكون تتمتع بآفاق تطبيق واسعة في مجال أجهزة التردد اللاسلكي.

‌شاحن سريع‌: تعتبر أجهزة كربيد السيليكون خيارًا مثاليًا للجيل الجديد من أجهزة الطاقة نظرًا لمقاومتها الممتازة لدرجات الحرارة العالية وخسارة الطاقة المنخفضة والكفاءة العالية. على سبيل المثال، تُستخدم ثنائيات كربيد السيليكون مثل G3S06505C وG5S6504Z من تايكو تيانرون على نطاق واسع في إمدادات الطاقة التبديلية وتصحيح عامل معامل القدرة على التنافس ومحركات المحركات والعاكسات وغيرها من السيناريوهات.

‌الطيران والفضاء: حققت المركبات المصنوعة من الألمنيوم المقواة بجسيمات كربيد السيليكون أيضًا تطبيقات رائدة في مجال الطيران والفضاء. على سبيل المثال، في الزعنفة البطنية لطائرة مقاتلة من طراز F16 ونظام دوار المروحية الجديد لشركة يوروكوبتر، تعمل المركبات المصنوعة من الألمنيوم المقواة بجسيمات كربيد السيليكون على تحسين صلابة المكونات وعمرها بشكل كبير.

حجم السوق واتجاه التطور في صناعة كربيد السيليكون

وفقًا لبيانات يول، سينمو حجم سوق أجهزة الطاقة كربيد السيليكون العالمية من 1.09 مليار دولار أمريكي في عام 2021 إلى 6.297 مليار دولار أمريكي في عام 2027، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 34٪. في الوقت نفسه، سيستمر حجم سوق أجهزة التردد اللاسلكي القائمة على كربيد السيليكون ونتريد الغاليوم في النمو. في السوق الصينية، من المتوقع أن يزيد حجم سوق الأجهزة الإلكترونية للطاقة من كربيد السيليكون ونتريد الغاليوم إلى ما يقرب من 30 مليار يوان بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 45٪.

التحديات والفرص في صناعة كربيد السيليكون

على الرغم من أن مواد كربيد السيليكون تتمتع بالعديد من المزايا، إلا أن تحضيرها وتطبيقها لا يزال يواجه بعض التحديات. على سبيل المثال، تعد تقنية تحضير ركائز كربيد السيليكون صعبة ومعدل العائد يحتاج إلى تحسين؛ وتكلفة تصنيع أجهزة كربيد السيليكون مرتفعة، ولا يزال الترويج للسوق بحاجة إلى جهود. ومع ذلك، مع التقدم المستمر للتكنولوجيا والتوسع المستمر للسوق، ستفتح صناعة كربيد السيليكون المزيد من فرص التطوير. في المستقبل، سيتم استخدام مواد كربيد السيليكون في المزيد من المجالات، مما يضخ حيوية جديدة في تطوير صناعة أشباه الموصلات.