Silikon karbida (SiC) adalah senyawa luar biasa yang dapat ditemukan baik dalam industri semikonduktor maupun produk keramik canggih. Hal ini seringkali menimbulkan kebingungan di kalangan awam yang mungkin salah mengira keduanya sebagai jenis produk yang sama. Pada kenyataannya, meskipun memiliki komposisi kimia yang identik, SiC bermanifestasi sebagai keramik canggih tahan aus atau semikonduktor efisiensi tinggi, memainkan peran yang sangat berbeda dalam aplikasi industri. Terdapat perbedaan signifikan antara material SiC kelas keramik dan kelas semikonduktor dalam hal struktur kristal, proses manufaktur, karakteristik kinerja, dan bidang aplikasi.
- Persyaratan Kemurnian yang Berbeda untuk Bahan Baku
SiC kelas keramik memiliki persyaratan kemurnian yang relatif longgar untuk bahan baku bubuknya. Umumnya, produk kelas komersial dengan kemurnian 90%-98% dapat memenuhi sebagian besar kebutuhan aplikasi, meskipun keramik struktural berkinerja tinggi mungkin memerlukan kemurnian 98%-99,5% (misalnya, SiC yang terikat reaksi memerlukan kadar silikon bebas yang terkontrol). SiC ini menoleransi pengotor tertentu dan terkadang sengaja menambahkan bahan pembantu sintering seperti aluminium oksida (Al₂O₃) atau yttrium oksida (Y₂O₃) untuk meningkatkan kinerja sintering, menurunkan suhu sintering, dan meningkatkan densitas produk akhir.
SiC kelas semikonduktor membutuhkan tingkat kemurnian yang hampir sempurna. SiC kristal tunggal kelas substrat membutuhkan kemurnian ≥99,9999% (6N), dengan beberapa aplikasi kelas atas membutuhkan kemurnian 7N (99,99999%). Lapisan epitaksial harus menjaga konsentrasi pengotor di bawah 10¹⁶ atom/cm³ (terutama menghindari pengotor tingkat tinggi seperti B, Al, dan V). Bahkan pengotor yang sangat kecil seperti besi (Fe), aluminium (Al), atau boron (B) dapat berdampak signifikan pada sifat listrik dengan menyebabkan hamburan pembawa muatan, mengurangi kekuatan medan tembus, dan pada akhirnya menurunkan kinerja dan keandalan perangkat, sehingga memerlukan pengendalian pengotor yang ketat.
Bahan semikonduktor silikon karbida
- Struktur Kristal dan Kualitas yang Berbeda
SiC kelas keramik terutama terdapat dalam bentuk bubuk polikristalin atau badan sinter yang terdiri dari sejumlah mikrokristal SiC yang berorientasi acak. Material ini dapat mengandung beberapa politipe (misalnya, α-SiC, β-SiC) tanpa kontrol ketat atas politipe spesifik, dengan penekanan pada kerapatan dan keseragaman material secara keseluruhan. Struktur internalnya memiliki batas butir yang melimpah dan pori-pori mikroskopis, serta dapat mengandung bahan pembantu sintering (misalnya, Al₂O₃, Y₂O₃).
SiC kelas semikonduktor harus berupa substrat kristal tunggal atau lapisan epitaksial dengan struktur kristal yang sangat teratur. Hal ini membutuhkan politipe spesifik yang diperoleh melalui teknik pertumbuhan kristal presisi (misalnya, 4H-SiC, 6H-SiC). Sifat kelistrikan seperti mobilitas elektron dan celah pita sangat sensitif terhadap pemilihan politipe, sehingga memerlukan kontrol yang ketat. Saat ini, 4H-SiC mendominasi pasar karena sifat kelistrikannya yang unggul, termasuk mobilitas pembawa muatan yang tinggi dan kekuatan medan tembus, sehingga ideal untuk perangkat daya.
- Perbandingan Kompleksitas Proses
SiC kelas keramik menggunakan proses manufaktur yang relatif sederhana (persiapan bubuk → pembentukan → sintering), mirip dengan “pembuatan batu bata.” Prosesnya meliputi:
- Mencampur bubuk SiC kelas komersial (biasanya berukuran mikron) dengan pengikat
- Pembentukan melalui penekanan
- Sintering suhu tinggi (1600-2200°C) untuk mencapai pemadatan melalui difusi partikel
Sebagian besar aplikasi dapat dipenuhi dengan kepadatan >90%. Seluruh proses tidak memerlukan kontrol pertumbuhan kristal yang presisi, melainkan berfokus pada konsistensi pembentukan dan sintering. Keunggulannya meliputi fleksibilitas proses untuk bentuk yang kompleks, meskipun dengan persyaratan kemurnian yang relatif lebih rendah.
SiC tingkat semikonduktor melibatkan proses yang jauh lebih kompleks (persiapan bubuk dengan kemurnian tinggi → pertumbuhan substrat kristal tunggal → deposisi wafer epitaksial → fabrikasi perangkat). Langkah-langkah kunci meliputi:
- Persiapan substrat terutama melalui metode transportasi uap fisik (PVT)
- Sublimasi bubuk SiC pada kondisi ekstrim (2200-2400°C, vakum tinggi)
- Kontrol presisi gradien suhu (±1°C) dan parameter tekanan
- Pertumbuhan lapisan epitaksial melalui pengendapan uap kimia (CVD) untuk menciptakan lapisan yang tebal dan seragam (biasanya beberapa hingga puluhan mikron)
Seluruh proses membutuhkan lingkungan yang sangat bersih (misalnya, ruang bersih Kelas 10) untuk mencegah kontaminasi. Karakteristiknya meliputi presisi proses yang ekstrem, yang membutuhkan kontrol atas medan termal dan laju aliran gas, dengan persyaratan ketat untuk kemurnian bahan baku (>99,9999%) dan kecanggihan peralatan.
- Perbedaan Biaya yang Signifikan dan Orientasi Pasar
Fitur SiC tingkat keramik:
- Bahan baku: Bubuk kelas komersial
- Proses yang relatif sederhana
- Biaya rendah: Ribuan hingga puluhan ribu RMB per ton
- Aplikasi luas: Bahan abrasif, bahan tahan api, dan industri sensitif biaya lainnya
Fitur SiC tingkat semikonduktor:
- Siklus pertumbuhan substrat yang panjang
- Tantangan pengendalian cacat
- Tingkat hasil rendah
- Biaya tinggi: Ribuan USD per substrat 6 inci
- Pasar yang difokuskan: Elektronik berkinerja tinggi seperti perangkat daya dan komponen RF
Dengan pesatnya perkembangan kendaraan energi baru dan komunikasi 5G, permintaan pasar tumbuh secara eksponensial.
- Skenario Aplikasi yang Berbeda
SiC kelas keramik berfungsi sebagai "pekerja keras industri" terutama untuk aplikasi struktural. Dengan memanfaatkan sifat mekaniknya yang unggul (kekerasan tinggi, ketahanan aus) dan sifat termalnya (ketahanan suhu tinggi, ketahanan oksidasi), SiC unggul dalam:
- Bahan abrasif (roda gerinda, amplas)
- Refraktori (lapisan kiln suhu tinggi)
- Komponen tahan aus/korosi (badan pompa, lapisan pipa)
Komponen struktural keramik silikon karbida
SiC kelas semikonduktor berperan sebagai “elit elektronik”, memanfaatkan sifat semikonduktor celah pita lebarnya untuk menunjukkan keunggulan unik dalam perangkat elektronik:
- Perangkat daya: inverter EV, konverter jaringan (meningkatkan efisiensi konversi daya)
- Perangkat RF: stasiun pangkalan 5G, sistem radar (memungkinkan frekuensi operasi yang lebih tinggi)
- Optoelektronik: Bahan substrat untuk LED biru
Wafer epitaksial SiC 200 milimeter
| Dimensi | SiC kelas keramik | SiC kelas semikonduktor |
| Struktur Kristal | Polikristalin, beberapa politipe | Kristal tunggal, politipe yang dipilih secara ketat |
| Fokus Proses | Pemadatan dan pengendalian bentuk | Kontrol kualitas kristal dan sifat listrik |
| Prioritas Kinerja | Kekuatan mekanik, ketahanan korosi, stabilitas termal | Sifat kelistrikan (celah pita, medan tembus, dll.) |
| Skenario Aplikasi | Komponen struktural, bagian tahan aus, komponen suhu tinggi | Perangkat berdaya tinggi, perangkat frekuensi tinggi, perangkat optoelektronik |
| Penggerak Biaya | Fleksibilitas proses, biaya bahan baku | Tingkat pertumbuhan kristal, presisi peralatan, kemurnian bahan baku |
Singkatnya, perbedaan mendasar terletak pada tujuan fungsionalnya yang berbeda: SiC kelas keramik memanfaatkan "bentuk (struktur)" sementara SiC kelas semikonduktor memanfaatkan "sifat (listrik)". SiC kelas keramik mengutamakan kinerja mekanis/termal yang hemat biaya, sementara SiC kelas semikonduktor merupakan puncak teknologi preparasi material sebagai material fungsional kristal tunggal dengan kemurnian tinggi. Meskipun memiliki asal kimia yang sama, SiC kelas keramik dan kelas semikonduktor menunjukkan perbedaan yang jelas dalam hal kemurnian, struktur kristal, dan proses manufaktur – namun keduanya memberikan kontribusi signifikan terhadap produksi industri dan kemajuan teknologi di bidangnya masing-masing.
XKH adalah perusahaan teknologi tinggi yang berspesialisasi dalam Litbang dan produksi material silikon karbida (SiC), menawarkan layanan pengembangan yang disesuaikan, pemesinan presisi, dan perawatan permukaan, mulai dari keramik SiC dengan kemurnian tinggi hingga kristal SiC kelas semikonduktor. Dengan memanfaatkan teknologi preparasi canggih dan lini produksi cerdas, XKH menyediakan produk dan solusi SiC dengan kinerja yang dapat disetel (kemurnian 90%-7N) dan struktur terkontrol (polikristalin/kristal tunggal) bagi klien di bidang semikonduktor, energi baru, kedirgantaraan, dan bidang mutakhir lainnya. Produk kami memiliki aplikasi yang luas dalam peralatan semikonduktor, kendaraan listrik, komunikasi 5G, dan industri terkait.
Berikut ini adalah perangkat keramik silikon karbida yang diproduksi oleh XKH.
Waktu posting: 30-Jul-2025