1.บทนำเกี่ยวกับซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นสารประกอบสังเคราะห์ของซิลิกอนและคาร์บอน ได้กลายมาเป็นวัสดุปฏิวัติวงการในการผลิตขั้นสูง ซิลิกอนคาร์ไบด์สังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2434 โดยเอ็ดเวิร์ด แอเชสัน โดยซิลิกอนคาร์ไบด์ผสมผสานคุณสมบัติทางความร้อน ไฟฟ้า และกลศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม ทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์กลายเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในแอพพลิเคชั่นประสิทธิภาพสูง ตั้งแต่อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าไปจนถึงการบินและอวกาศ

2. คุณสมบัติหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์

2.1 ลักษณะโครงสร้างและกายภาพ

โครงสร้างผลึก: มีอยู่ในโพลีไทป์มากกว่า 250 ชนิด (เช่น 3C-ซิลิคอนคาร์ไบด์, 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์, 6H-ซิลิคอนคาร์ไบด์) โดยที่ 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ครองการใช้งานในสารกึ่งตัวนำ

‌ความแข็ง‌: ระดับโมส์ 9.5 รองจากเพชร

‌การนำความร้อน‌: 120-200 W/m·K เหนือกว่าทองแดงในการกระจายความร้อน

จุดหลอมเหลว: ~2,700°C เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

2.2 คุณสมบัติทางไฟฟ้า

‌แบนด์แก๊ปกว้าง‌: 3.26 อีวี (4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์) เทียบกับ 1.12 อีวี สำหรับซิลิกอน ช่วยให้สามารถทำงานได้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูง

‌Breakdown Field‌: สูงกว่าซิลิกอน 10 เท่า ลดการสูญเสียพลังงาน

2.3 ความคงตัวทางเคมี

ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน กรด และด่าง ได้ถึง 1,600°C

3. การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมต่างๆ

กรณีการใช้งานในอุตสาหกรรม:

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์‌ อุปกรณ์ไฟฟ้า (โมสเฟต, ไดโอด ช็อตกี้), ส่วนประกอบ 5G/อาร์เอฟ 

อินเวอร์เตอร์ อีวี สำหรับยานยนต์: เครื่องชาร์จบนเครื่อง (เช่น อินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน เทสล่า แบบอย่าง 3 ซิลิคอนคาร์ไบด์) 

‌พลังงาน‌ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์: ตัวแปลงกังหันลม เซ็นเซอร์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 

‌การบินและอวกาศ‌ ส่วนประกอบดาวเทียม: สารเคลือบป้องกันความร้อนของเครื่องยนต์เจ็ท 

เครื่องมือตัดอุตสาหกรรม: สารกัดกร่อน วัสดุบุผิวทนไฟ 

4.เทคนิคการประมวลผลและความท้าทาย

4.1 ขั้นตอนการผลิตที่สำคัญ

การเติบโตของคริสตัล: การระเหิด (พีวีที) สำหรับคริสตัลจำนวนมาก

โรคหลอดเลือดหัวใจ สำหรับชั้นเอพิแทกเซียล

การประมวลผลเวเฟอร์: การตัดลวดเพชร การขัดด้วยเคมีกล

การผลิตอุปกรณ์: การฝังไอออน การแกะสลักแบบแห้ง

4.2 อุปสรรคทางเทคนิค

‌ความโค้งของเวเฟอร์‌: ต้องใช้ความโค้งน้อยกว่า 50 μm สำหรับเวเฟอร์ขนาด 150 มม.

อัตราผลตอบแทน: ~60% สำหรับชั้นเอพิแทกเซียล ซิลิคอนคาร์ไบด์ 200 มม. (ค่าเฉลี่ยอุตสาหกรรม ไตรมาส 1 ปี 2025)

5.แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยี ซิลิคอนคาร์ไบด์ (แนวโน้มปี 2025–2030)

การใช้เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว: คาดว่าจะลดต้นทุนอุปกรณ์ลง 35% ภายในปี 2028

‌แอปพลิเคชันควอนตัม‌: ตำแหน่งว่าง ซิลิคอนคาร์ไบด์ สำหรับการคำนวณควอนตัมที่อุณหภูมิห้อง

การขยายกำลังการผลิตทั่วโลก: การผลิต ซิลิคอนคาร์ไบด์ ของจีนจะเข้าถึงส่วนแบ่งตลาด 40% ภายในปี 2027

6. บทสรุป

คุณสมบัติเฉพาะตัวของซิลิกอนคาร์ไบด์ทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุหลักสำหรับเทคโนโลยีที่ยั่งยืน การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและซิลิกอนคาร์ไบด์ทั่วไป รวมถึงบทบาทของซิลิกอนคาร์ไบด์ในระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังเมื่อเทียบกับระบบอุตสาหกรรมนั้นถือเป็นสิ่งสำคัญในการปรับกลยุทธ์การออกแบบและการผลิตให้เหมาะสมที่สุด ในขณะที่อุตสาหกรรมกำลังก้าวหน้าไปสู่เวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วและการใช้งานใหม่ๆ การเรียนรู้อย่างต่อเนื่องและนวัตกรรมกระบวนการยังคงมีความจำเป็น