1. مقدمة عن كربيد السيليكون

برز كربيد السيليكون، وهو مركب صناعي من السيليكون والكربون، كمواد ثورية في التصنيع المتقدم. تم تصنيع كربيد السيليكون لأول مرة في عام 1891 بواسطة إدوارد أتشيسون، ويجمع بين خصائص حرارية وكهربائية وميكانيكية استثنائية، مما يجعله لا غنى عنه في التطبيقات عالية الأداء التي تتراوح من الإلكترونيات القوية إلى الفضاء الجوي.

2. الخصائص الرئيسية لكربيد السيليكون

2.1 الخصائص البنيوية والفيزيائية

‌البنية البلورية‌: توجد في أكثر من 250 نوعًا متعددًا (على سبيل المثال، 3C-كربيد السيليكون، 4H-كربيد السيليكون، 6H-كربيد السيليكون)، مع هيمنة 4H-كربيد السيليكون على تطبيقات أشباه الموصلات.

‌الصلابة‌: تصنيفها على مقياس موس هو 9.5، وهي الثانية بعد الماس.

‌التوصيل الحراري‌: 120-200 واط/متر·كلفن، متفوقًا على النحاس في تبديد الحرارة.

نقطة الانصهار: ~2700 درجة مئوية، مناسبة للبيئات القاسية.

2.2 الخصائص الكهربائية

فجوة النطاق العريض: 3.26 إلكترون فولت (4H-كربيد السيليكون) مقابل 1.12 إلكترون فولت للسيليكون، مما يتيح التشغيل بجهد عالي ودرجة حرارة عالية.

‌مجال الانهيار‌: أعلى بعشر مرات من السيليكون، مما يقلل من خسائر الطاقة.

2.3 الاستقرار الكيميائي

يقاوم الأكسدة والأحماض والقلويات حتى 1600 درجة مئوية.

3. تطبيقات كربيد السيليكون في مختلف الصناعات

حالات استخدام الصناعة：

أشباه الموصلات أجهزة الطاقة (الترانزستورات MOSFETs، ثنائيات شوتكي)، مكونات 5G/التردد اللاسلكي 

محولات الطاقة للسيارات الكهربائية: شواحن مدمجة (على سبيل المثال، محول الطاقة المصنوع من كربيد السيليكون في سيارة تيسلا نموذج 3) 

‌الطاقة‌ محولات الطاقة الشمسية: محولات توربينات الرياح، وأجهزة استشعار المفاعلات النووية 

مكونات الأقمار الصناعية الفضائية: الطلاء الحراري للمحرك النفاث 

أدوات القطع الصناعية: المواد الكاشطة، والبطانات المقاومة للحرارة 

4. تقنيات المعالجة والتحديات

4.1 خطوات التصنيع الرئيسية

‌نمو البلورات‌: التسامي (بي في تي) للبلورات السائبة.

أمراض القلب والأوعية الدموية للطبقات الطلائية.

‌معالجة الرقاقة‌: تقطيع الأسلاك الماسية، التلميع الكيميائي الميكانيكي.

‌تصنيع الجهاز‌: زرع الأيونات، النقش الجاف.

4.2 الحواجز التقنية

‌قوس الرقاقة‌: مطلوب انحناء <50 ميكرومتر للرقاقات مقاس 150 مم.

‌معدلات العائد‌: ~60% لطبقات كربيد السيليكون الطلائية مقاس 200 مم (متوسط ​​الصناعة في الربع الأول من عام 2025).

5. الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا كربيد السيليكون (توقعات 2025-2030)

‌اعتماد رقاقة 8 بوصة‌: من المتوقع أن يؤدي ذلك إلى خفض تكاليف الأجهزة بنسبة 35% بحلول عام 2028.

‌التطبيقات الكمومية‌: وظائف كربيد السيليكون الشاغرة للحوسبة الكمومية في درجة حرارة الغرفة.

‌توسيع القدرة العالمية‌: من المتوقع أن تصل حصة إنتاج كربيد السيليكون في الصين إلى 40% من السوق بحلول عام 2027.

6. الخاتمة

إن الخصائص الفريدة لكربيد السيليكون تجعله مادة أساسية للتقنيات المستدامة. إن فهم التمييز بين كربيد السيليكون عالي النقاء والتقليدي - وأدوارهما في الإلكترونيات القوية مقابل الأنظمة الصناعية - أمر بالغ الأهمية لتحسين استراتيجيات التصميم والتصنيع. ومع تقدم الصناعة نحو رقائق مقاس 8 بوصات وتطبيقات جديدة، سيظل التعلم المستمر والابتكار في العمليات أمرًا ضروريًا.