Substrat silikon karbida (SiC) semi-isolasi kemurnian tinggi adalah bahan khusus yang terbuat dari silikon karbida, yang banyak digunakan dalam pembuatan elektronik daya, perangkat frekuensi radio (RF), dan komponen semikonduktor frekuensi tinggi dan suhu tinggi. Silikon karbida, sebagai bahan semikonduktor celah-lebar, menawarkan sifat listrik, termal, dan mekanik yang sangat baik, sehingga sangat cocok untuk aplikasi di lingkungan tegangan tinggi, frekuensi tinggi, dan suhu tinggi.

Berikut adalah pengantar rinci tentang substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi:

Karakteristik Material dari  Silikon Karbida (SiC) Semi-Isolasi

• Sifat Semi-Isolasi: Substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi dibuat melalui teknik doping yang presisi, yang menghasilkan konduktivitas listrik yang sangat rendah, memberikan resistivitas yang tinggi pada suhu ruangan. Karakteristik semi-isolasi ini memungkinkan mereka untuk secara efektif mengisolasi berbagai wilayah dalam aplikasi elektronik, meminimalkan interferensi listrik dan membuatnya ideal untuk perangkat berdaya tinggi, frekuensi tinggi, dan tegangan tinggi.

• Konduktivitas Termal Tinggi: Silikon karbida memiliki konduktivitas termal sekitar 4,9 W/cm·K, jauh lebih tinggi daripada silikon, yang memungkinkan disipasi panas yang lebih baik. Hal ini sangat penting untuk perangkat daya yang beroperasi pada kepadatan daya tinggi, mengurangi risiko kegagalan perangkat akibat panas berlebih.

• Celah Pita Lebar: SiC memiliki celah pita lebar 3,26 eV, dibandingkan dengan 1,1 eV silikon, membuatnya lebih mampu menangani tegangan dan arus yang lebih tinggi, dan mampu beroperasi pada frekuensi dan daya yang tinggi. Hal ini memungkinkan perangkat SiC berfungsi di lingkungan yang biasanya akan menyebabkan perangkat berbasis silikon konvensional gagal.

• Stabilitas Kimia: SiC menunjukkan stabilitas kimia yang sangat baik, membuatnya tahan terhadap lingkungan suhu tinggi, kelembaban tinggi, dan asam-basa, sehingga meningkatkan umur panjang komponen dalam kondisi yang keras.

• Kekuatan Mekanik Tinggi: SiC dikenal karena kekerasan dan kekuatan mekaniknya yang tinggi, membuatnya tahan terhadap kerusakan fisik. Sifat ini membuatnya cocok untuk aplikasi daya tinggi, di mana ketahanan mekanik sangat penting.

Area Aplikasi Utama

• Elektronik Daya: Karena kemampuan suhu tinggi dan tegangan tinggi yang sangat baik, substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi banyak digunakan dalam perangkat semikonduktor daya seperti MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors), SBD (Schottky Barrier Diodes), dll. Perangkat ini umumnya ditemukan dalam sistem konversi daya, kendaraan listrik, inverter, sistem tenaga surya, dan banyak lagi.

​

• Perangkat Frekuensi Radio (RF): Substrat SiC ideal untuk aplikasi frekuensi tinggi dan daya tinggi seperti penguat RF, sistem radar, dan peralatan komunikasi, menawarkan kemampuan pemrosesan sinyal dan stabilitas yang kuat.

​

• Aplikasi Suhu Tinggi dan Tekanan Tinggi: Ketahanan SiC memungkinkannya untuk berkinerja baik di lingkungan ekstrem, termasuk aplikasi dirgantara, otomotif, dan militer, di mana suhu tinggi, tekanan tinggi, dan daya tinggi lazim.

​

• Perangkat Optoelektronik: Substrat SiC digunakan dalam detektor cahaya ultraviolet, laser, dan perangkat optoelektronik lainnya karena respons mereka yang kuat terhadap cahaya ultraviolet, membuatnya cocok untuk pemantauan lingkungan, aplikasi militer, dan medis.

​

• Kendaraan Listrik (EV) dan Kendaraan Energi Baru: Seiring pertumbuhan kendaraan listrik, substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi memainkan peran yang semakin penting dalam sistem manajemen baterai, sistem konversi daya, dan aplikasi daya tinggi lainnya di industri otomotif.

Keuntungan

• Efisiensi Tinggi dan Kerugian Rendah: Substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi menawarkan kerugian konduksi yang rendah dan kemampuan penanganan arus yang tinggi, meningkatkan efisiensi perangkat daya dan mengurangi pemborosan energi, menjadikannya ideal untuk aplikasi daya tinggi.

• Rentang Suhu Operasi yang Luas: Perangkat SiC dapat beroperasi di lingkungan suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan perangkat silikon, yang sangat penting untuk menjaga kinerja yang stabil dalam kondisi operasi yang keras.

• Daya Tahan dan Keandalan: Substrat SiC sangat tahan terhadap suhu tinggi, korosi, dan keausan, berkontribusi pada stabilitas dan keandalan jangka panjang perangkat yang menggunakannya. Hal ini membuatnya sangat berharga dalam aplikasi kritis misi di mana kegagalan bukanlah pilihan.

Proses Manufaktur

• Pertumbuhan Kristal: Substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi ditumbuhkan menggunakan metode seperti Chemical Vapor Deposition (CVD) atau Physical Vapor Transport (PVT), memastikan kristal berkualitas tinggi dengan cacat minimal untuk memenuhi persyaratan ketat perangkat semikonduktor daya.

• Kontrol Doping: Teknik doping (misalnya, doping aluminium atau nitrogen) dikontrol dengan hati-hati untuk mencapai karakteristik semi-isolasi yang diinginkan, dengan penyesuaian yang tepat terhadap resistivitas dan sifat listrik. Proses ini membutuhkan teknologi canggih dan kontrol proses yang ketat untuk memastikan kinerja substrat yang optimal.

• Perawatan Permukaan: Setelah pertumbuhan, substrat SiC menjalani pemolesan dan pembersihan permukaan yang ketat untuk menghilangkan cacat dan mengurangi kepadatan muatan permukaan, meningkatkan kinerja dan keandalan perangkat akhir.

Tinjauan Pasar

Permintaan akan substrat SiC semi-isolasi kemurnian tinggi terus meningkat karena meningkatnya adopsi kendaraan listrik, jaringan pintar, energi terbarukan (seperti tenaga surya dan angin), dan elektronik daya efisiensi tinggi. Seiring teknik manufaktur substrat SiC terus meningkat dan permintaan akan perangkat hemat daya meningkat, pasar substrat SiC diperkirakan akan berkembang secara signifikan. Di masa depan, substrat SiC akan menjadi lebih penting dalam elektronik daya dan teknologi terkait.

Tantangan dan Pengembangan di Masa Depan

• Pengendalian Biaya: Biaya produksi substrat SiC tetap relatif tinggi, terutama untuk substrat berdiameter besar. Optimasi berkelanjutan dari proses manufaktur akan sangat penting untuk menurunkan biaya dan meningkatkan aksesibilitas perangkat berbasis SiC.

• Skalabilitas: Meskipun substrat SiC sudah digunakan dalam banyak aplikasi, peningkatan produksi untuk memenuhi permintaan global, terutama untuk substrat yang lebih besar, tetap menjadi tantangan. Kemajuan berkelanjutan dalam teknik pertumbuhan substrat dan metode produksi akan sangat penting untuk mengatasi hal ini.

• Kemajuan Teknologi: Seiring teknologi SiC matang, akan ada peningkatan kualitas substrat, tingkat hasil, dan kinerja perangkat. Perkembangan baru akan memperluas penggunaan substrat SiC ke industri dan aplikasi tambahan, yang selanjutnya mendorong adopsi pasar mereka.