บทนำเกี่ยวกับวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารอนินทรีย์ ประกอบด้วยคาร์บอนและซิลิกอนในอัตราส่วน 1:1 และมีโครงสร้างเตตระฮีดรัล สิ-C ที่เป็นเอกลักษณ์ โครงสร้างนี้ทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งสูง ความเสถียรทางความร้อนสูง และแบนด์แก๊ปกว้าง ความกว้างของแบนด์แก๊ปของซิลิกอนคาร์ไบด์สูงถึง 3.26 อีวี ซึ่งเกือบสามเท่าของซิลิกอน ซึ่งช่วยให้คงความเสถียรที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ และมีความเข้มของสนามไฟฟ้าสลายตัวที่สูงขึ้น

การเตรียมวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์

การเตรียมวัสดุ ซิค ​​ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีในเฟสก๊าซ วิธีในเฟสของเหลว และวิธีในเฟสของแข็ง โดยวิธีการหลักในการเตรียมผลึกเดี่ยว ซิลิคอนคาร์ไบด์ คุณภาพสูง ได้แก่ วิธีการขนส่งไอทางกายภาพ (พีวีที) และวิธีการสะสมไอทางเคมี (โรคหลอดเลือดหัวใจ) วิธี พีวีที จะระเหิดผง ซิลิคอนคาร์ไบด์ แหล่งที่อุณหภูมิสูงและควบแน่นและทำให้ผลึกเดี่ยว ซิลิคอนคาร์ไบด์ คุณภาพสูงเติบโตบนพื้นผิวของผลึกเมล็ด วิธี โรคหลอดเลือดหัวใจ จะทำให้ได้ผง ซิลิคอนคาร์ไบด์ ที่ละเอียดเป็นพิเศษและมีความบริสุทธิ์สูงผ่านปฏิกิริยาก๊าซที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ วิธีโซลเจลและวิธีการปลูกสารละลายเมล็ดบน (ทีเอสเอสจี) ยังเป็นวิธีการเตรียมที่ใช้กันทั่วไปอีกด้วย

การประยุกต์ใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์

วัสดุ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาเนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

‌อุปกรณ์ไฟฟ้า‌: วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในอินเวอร์เตอร์และแท่นชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้า อุปกรณ์จ่ายไฟซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถลดขนาดบรรจุภัณฑ์ ลดการสูญเสีย และปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลง บริษัทผลิตรถยนต์ที่มีชื่อเสียง เช่น เทสล่า และ บีวายดี ได้ใช้อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ในผลิตภัณฑ์รถยนต์ไฟฟ้าแล้ว นอกจากนี้ อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และการขนส่งทางราง ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้

อุปกรณ์ อาร์เอฟ: ในด้านการทหารและการสื่อสาร อุปกรณ์ อาร์เอฟ ที่ใช้แกลเลียมไนไตรด์เป็นฐานของซิลิคอนคาร์ไบด์ได้กลายมาเป็นส่วนประกอบหลักของระบบต่างๆ เช่น ระบบสื่อสารเคลื่อนที่ 5G และเรดาร์อาร์เรย์เฟสแอ็คทีฟรุ่นใหม่ การนำความร้อนที่ดี ความถี่สูง และข้อได้เปรียบด้านพลังงานสูงทำให้วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์มีโอกาสในการใช้งานที่หลากหลายในสาขาของอุปกรณ์ อาร์เอฟ

เครื่องชาร์จด่วน: อุปกรณ์ ซิก ถือเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้ายุคใหม่ เนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง การสูญเสียต่ำ และประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น ไดโอดซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่น G3S06505C และ G5S6504Z ของ ไทโค เทียนหรุน ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง การแก้ไขปัจจัย พีเอฟซี ไดรฟ์มอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ และสถานการณ์อื่นๆ

‌อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ‌: คอมโพสิตอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ยังประสบความสำเร็จในการนำไปใช้งานอย่างก้าวกระโดดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ตัวอย่างเช่น ในครีบด้านท้องของเครื่องบินขับไล่ F16 และระบบโรเตอร์เฮลิคอปเตอร์ใหม่ของ ยูโรคอปเตอร์ คอมโพสิตอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งและอายุการใช้งานของส่วนประกอบได้อย่างมาก

ขนาดตลาดและแนวโน้มการพัฒนาของอุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์

ตามข้อมูลของ โยเล่ ขนาดตลาดอุปกรณ์จ่ายไฟ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ทั่วโลกจะเติบโตจาก 1.09 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2021 เป็น 6.297 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2027 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น 34% ในขณะเดียวกัน ขนาดตลาดอุปกรณ์ อาร์เอฟ ที่ใช้แกเลียมไนไตรด์ซิลิกอนคาร์ไบด์จะยังคงเติบโตต่อไป ในตลาดจีน คาดว่าขนาดตลาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จ่ายไฟซิลิกอนคาร์ไบด์และแกเลียมไนไตรด์จะเพิ่มขึ้นเป็นเกือบ 3 หมื่นล้านหยวนด้วยอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น 45%

ความท้าทายและโอกาสในอุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์

แม้ว่าวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์จะมีข้อดีมากมาย แต่การเตรียมและการใช้งานยังคงเผชิญกับความท้าทายบางประการ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการเตรียมพื้นผิวซิลิกอนคาร์ไบด์นั้นยากและอัตราผลผลิตต้องได้รับการปรับปรุง ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์นั้นสูง และการส่งเสริมตลาดยังคงต้องใช้ความพยายาม อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของตลาด อุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์จะนำไปสู่โอกาสในการพัฒนาเพิ่มเติม ในอนาคต วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์จะถูกนำมาใช้ในสาขาต่างๆ มากขึ้น ซึ่งจะทำให้การพัฒนาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีชีวิตชีวามากขึ้น