1. Introduzione al carburo di silicio

Il carburo di silicio, un composto sintetico di silicio e carbonio, è emerso come un materiale rivoluzionario nella produzione avanzata. Sintetizzato per la prima volta nel 1891 da Edward Acheson, il carburo di silicio combina eccezionali proprietà termiche, elettriche e meccaniche, rendendolo indispensabile in applicazioni ad alte prestazioni che spaziano dall'elettronica di potenza all'aerospaziale.

2. Proprietà principali del carburo di silicio

2.1 Caratteristiche strutturali e fisiche

Struttura cristallina: esiste in oltre 250 politipi (ad esempio 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC), con 4H-SiC che domina le applicazioni dei semiconduttori.

Durezza: 9,5 sulla scala di Mohs, seconda solo al diamante.

Conduttività termica: 120-200 W/m·K, superiore al rame nella dissipazione del calore.

Punto di fusione: ~2.700 °C, adatto per ambienti estremi.

2.2 Proprietà elettriche

‌Ampio bandgap‌: 3,26 eV (4H-SiC) contro 1,12 eV del silicio, consentendo il funzionamento ad alta tensione e alta temperatura.

Campo di rottura: 10 volte superiore al silicio, riducendo le perdite di energia.

2.3 Stabilità chimica

Resiste all'ossidazione, agli acidi e agli alcali fino a 1.600 °C.

3. Applicazioni del carburo di silicio nei vari settori industriali

Casi d'uso del settore:

Semiconduttori Dispositivi di potenza (MOSFET, diodi Schottky), componenti 5G/RF 

Inverter per veicoli elettrici: caricabatterie di bordo (ad esempio, inverter di trazione SiC Tesla Model 3) 

‌Energia‌ Inverter solari: convertitori di turbine eoliche, sensori di reattori nucleari 

Componenti satellitari aerospaziali: rivestimenti termici per motori a reazione 

‌Utensili da taglio industriali: abrasivi, rivestimenti refrattari 

4.Tecniche di elaborazione e sfide

4.1 Fasi chiave della produzione

Crescita dei cristalli: sublimazione (PVT) per cristalli sfusi.

CVD per strati epitassici.

Lavorazione dei wafer: taglio con filo diamantato, lucidatura chimico-meccanica.

Fabbricazione del dispositivo: impianto ionico, incisione a secco.

4.2 Barriere tecniche

Curvatura del wafer: curvatura <50 μm richiesta per wafer da 150 mm.

‌Tassi di resa‌: ~60% per strati epitassiali SiC da 200 mm (media del settore Q1 2025).

5. Tendenze future nella tecnologia SiC (prospettive 2025-2030)

Adozione di wafer da 8 pollici: si prevede una riduzione dei costi dei dispositivi del 35% entro il 2028.

Applicazioni quantistiche: posti vacanti in SiC per il calcolo quantistico a temperatura ambiente.

Espansione della capacità globale: la produzione cinese di SiC raggiungerà una quota di mercato del 40% entro il 2027.

6. Conclusion

Le proprietà uniche del carburo di silicio lo posizionano come materiale fondamentale per le tecnologie sostenibili. Comprendere la distinzione tra SiC ad alta purezza e convenzionale, e i rispettivi ruoli nell'elettronica di potenza rispetto ai sistemi industriali, è fondamentale per ottimizzare le strategie di progettazione e produzione. Man mano che il settore avanza verso wafer da 8 pollici e nuove applicazioni, l'apprendimento continuo e l'innovazione dei processi rimarranno essenziali.