Piikarbidi
Piikarbidi (SiC) on piin ja hiilen muodostama keraaminen yhdiste ja puolijohde.[3] Sen Mohsin kovuus on 9,2–9,3.[1] Aine ei liukene veteen. Piikarbidista käytetään myös nimiä hiilipii, carborundum ja piimonokarbidi.
| Piikarbidi | |
|---|---|
 |
|
| Tunnisteet | |
| Muut nimet | Carborundum, hiilipii, piimonokarbidi |
| CAS-numero | |
| PubChem CID | |
| Ominaisuudet | |
| Molekyylikaava | SiC |
| Moolimassa | 40,096 |
| Ulkomuoto | Kiinteä |
| Sulamispiste | 2 830 °C (3 100 K), hajoaa[1] |
| Tiheys | 3,21 g/cm3[2] |
Piikarbidilla on havaittu yli 200 erilaista kiderakennetta, eli polytyyppiä.[1], joista pisimmät periodit ovat satoja kerroksia. Yleisimmät polytyypit ovat kuitenkin 6H, 4H ja 3C.[1][a] Piikarbidin fysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat eri polytyypeillä.
Piikarbidi on kemiallisesti suhteellisen stabiili, mutta se reagoi hyvin voimakkaasti sulien metallien kanssa (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co ja Ni). Piikarbidilla on piinitridiä (Si3N4) parempi hapettumiskestävyys ja korkean lämpötilan lujuus.
Käyttö muokkaa
Piikarbidi-hiomarakeelle on ominaista rakeen terävyys ja neulamainen muoto. Sen tärkeimmät käyttökohteet ovat lasi- ja kiviteollisuuden hiomatarvikkeet sekä maalien ja täyteaineiden hionta. Piikarbidihiomatuotteita voidaan käyttää myös kovien valutuotteiden (esimerkiksi harmaavalurauta) hionnassa.
Piikarbidi elektroniikassa muokkaa
Piikarbidia on käytetty lähinnä jännitteestä riippuvien vastusten eli varistorien, mutta myös muiden tehoelektroniikan komponenttien valmistukseen.[4]
Piikarbidin kielletty energiavyö on 3,2 eV, kun se piillä on 1,1 eV. Tämä mahdollistaa komponenttien, joilla on suuri jännitteenkesto ja pieni sarjaresistanssi, valmistamisen. Haittana piikarbidilla on sen vaikea työstettävyys ja myös sen kiteytymisprosessi on hankalampi hallita kuin piillä.[4]
Piikarbidista voidaan valmistaa myös sinistä väriä tuottavia LED:ejä. Itse asiassa ledi-ilmiö havaittiin ensimmäisen kerran piikarbidissa jo vuonna 1907. Samoin ensimmäinen kaupallinen ledi perustui piikarbidiin. Ensimmäinen keltainen 3C-polytyypin SiC-ledi valmistettiin vuonna 1970 Venäjällä ja sininen 6H-ledi vuonna 1980. Piikarbidiin perustuvien kaupallisten ledien pioneeri oli nykyisin lähinnä taskulampuistaan tunnettu yritys Cree. Sen ensimmäinen tuote oli vuonna 1989 julkaistu sininen ledi. Creen työ perustui Yhdysvaltain laivaston tutkimusviraston (ONR, Office of Naval Research) rahoittamaan tutkimukseen, jossa valmistettiin ensimmäinen piikarbidia käyttävä mikroaaltoalueen transistori.[4]
Muita komponentteja joita on valmistettu piikarbidista ovat Schottky-diodit ja tehomoduulit. Lisäksi on valmistettu tyristoreita, IGBT tasasuunninkomponentteja ja -moduleja, kanavatransistoreita (FET) ja superliitostransistoreja (SJT). Piikarbidityristorit mahdollistavat kymmenkertaiset jännitteet ja satakertaiset kytkentätaajuudet ja paremman lämpötilan keston kuin piityristorit.[4]
Yhdistettä tutkitaan optisen sirun materiaalina sen parempien lämpö-, sähkö- ja mekaanisien ominaisuuksien johdosta.[5]
Huomautukset muokkaa
- ↑ 6H tarkoittaa, että atomit ovat järjestäytyneet heksagonaaliseen hilaan siten että atomikerrosten periodi on kuusi, vastaavasti 4H-rakenteella periodi on neljä. 3C polytyypissä atomit ovat kuutiohilassa ja jakson periodi on kolme.
Lähteet muokkaa
- ↑ a b c d NSM Archive – Basic Parameters of Silicon Carbide (SiC) ioffe.ru. Viitattu 25.10.2018. (englanniksi)
- ↑ Patnaik, P. (2002). Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
- ↑ Kiinan materiaalitehdas toimittaa piikarbidia 98 (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ a b c d Hänninen, Veijo: Piikarbidi on kova juttu. Prosessori, syyskuu 2011, nro 9, s. 49–51. Sanoma Magazines. ISSN 0357-4121.
- ↑ Tunable optical chip paves way for new quantum devices phys.org. 2.10.2019. Viitattu 11.2.2020. (englanniksi)
Aiheesta muualla muokkaa
- Piikarbidin kansainvälinen kemikaalikortti
- Tampereen teknillinen yliopisto Materiaaliopin laitos: Piikarbidi SiC (Arkistoitu – Internet Archive)
- Peter Råback: Piikarbidi – uusi kiinnostava puolijohdemateriaali (Arkistoitu – Internet Archive)
- PubChem: Silicon carbide (englanniksi)
- ChemBlink: Silicon carbide (englanniksi)