Definisi Silikon Karbida

Silikon karbida (SiC) adalah senyawa kristal keras yang diproduksi secara sintetis yang banyak digunakan sebagai bahan abrasif dan tahan aus, dalam aplikasi refraktori dan keramik, serta sebagai substrat semikonduktor untuk dioda pemancar cahaya (LED).

Semikonduktor EFM juga mengungguli semikonduktor silikon tradisional di lingkungan tegangan tinggi seperti yang ditemukan pada perangkat daya kendaraan listrik (EV), memberikan kinerja yang unggul dengan meminimalkan kehilangan tegangan dan arus serta mengecilkan dan meringankan komponen manajemen baterai yang penting sekaligus mengurangi ukuran dan berat.

Silikon Karbida

Silikon karbida adalah senyawa keramik inert yang terdiri dari silikon dan karbon. Dengan peringkat kekerasan Mohs 9, bahan ini berada di urutan ketiga setelah boron karbida (9,5) dan intan (10). Silikon karbida memiliki daya tahan mekanis yang tinggi namun tetap lembam secara kimiawi; menjadikannya sempurna untuk aplikasi perlindungan permukaan yang keras seperti peralatan mesin.

Tabung nano karbon murni mengandung empat atom karbon yang tersusun menjadi empat tetrahedra karbon, yang terikat secara kovalen oleh ikatan silikon. Susunan ini memungkinkan terjadinya polimorfisme dengan berbagai struktur dan fase kristal.

Struktur kristal SiC menghasilkan sifat listrik yang unggul, termasuk karakteristik semikonduktor celah pita lebar (WBG) yang penting untuk aplikasi elektronik. Celah pita yang lebih besar memungkinkan elektron meninggalkan orbit lebih cepat, sehingga menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi dan operasi yang lebih cepat dibandingkan dengan perangkat silikon konvensional.

Sebagai bahan dasar, silikon dapat didoping dengan nitrogen, fosfor, galium, boron, dan aluminium untuk menghasilkan semikonduktor tipe-n. Selain itu, transistor bebas silikon dapat mengurangi biaya dan konsumsi daya sebanyak 40%.

Silikon Karbida (SiC) dapat beroperasi hingga 300 derajat Celcius, menjadikannya pilihan material yang sangat baik untuk aplikasi di lingkungan bersuhu tinggi seperti motor kendaraan listrik. SiC dapat menghilangkan kebutuhan akan sistem pendingin aktif yang menambah berat, biaya dan kompleksitas - yang berarti jangkauan yang lebih jauh dan waktu pengisian daya yang lebih cepat untuk kendaraan-kendaraan ini.

Semikonduktor

Silikon karbida telah lama dikenal karena sifat kelistrikannya yang unik yang membuatnya sangat berguna dalam bidang elektronik. Semikonduktor, yang bergantian antara bertindak sebagai konduktor (seperti kabel listrik tembaga) dan isolator (isolasi polimer yang menutupi kabel-kabel tersebut), membentuk bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat sirkuit terpadu, komponen elektronik diskrit seperti dioda dan transistor, yang mengalirkan listrik dalam kondisi tertentu; konduktivitasnya bahkan dapat diubah melalui rangsangan melalui arus listrik, medan elektromagnetik, atau rangsangan cahaya.

Silikon karbida menonjol dari semikonduktor tradisional dengan memiliki celah pita yang sangat lebar. Ini berarti membutuhkan lebih banyak energi untuk memindahkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi; akibatnya, silikon karbida memiliki kehilangan daya yang sangat rendah - kualitas yang sangat berharga ketika digunakan untuk aplikasi tegangan tinggi, seperti inverter traksi kendaraan listrik.

Silikon karbida telah lama digunakan untuk berbagai penggunaan dalam industri dan akademis, mulai dari peledakan bubur jagung dan alat cetak karborundum hingga aplikasi teknik termal, listrik, dan mekanik. Namun, baru-baru ini, permintaan telah meroket karena tingkat ekspansi termalnya yang rendah, rasio kekuatan-ke-kekerasan yang tinggi, dan kemampuannya untuk bertahan di lingkungan yang tidak bersahabat.

Keramik

Silikon dan karbon digabungkan untuk menghasilkan bahan yang menarik dengan sifat mekanik, kimia, dan termal yang sangat baik. Material ini memiliki kekerasan yang ekstrem - dua kali lipat dari berlian dalam skala Mohs - serta ketahanan guncangan termal yang unggul dibandingkan dengan material tahan api lainnya.

Keramik mengacu pada bahan anorganik, bukan logam yang sangat fleksibel ketika tidak dibakar tetapi mengeras secara signifikan selama proses pembakaran. Keramik mencakup berbagai kategori; misalnya:

Keramik digunakan terutama sebagai refraktori, bahan anorganik yang memberikan ketahanan terhadap panas dan keausan kimiawi serta korosi. Keramik tersedia dalam berbagai bentuk dan warna dan digunakan di berbagai industri. Kegunaan penting untuk biokeramik termasuk proteksi kebakaran, superkonduktor, dan menginduksi respons biologis dari sel. Keramik bioaktif bisa jadi secara intrinsik bersifat bioaktif, atau bisa juga dibuat demikian melalui perawatan permukaan atau mengisi pori-pori keramik dengan zat-zat yang aktif secara farmasi. Silikon karbida banyak digunakan untuk cakram rem mobil yang secara signifikan mengurangi gesekan dan emisi sekaligus menahan suhu tinggi tanpa memerlukan sistem pendingin aktif yang menambah berat, kerumitan, dan biaya. Selain itu, penggunaannya menjadi dasar dari banyak abrasive dan alat pemotong.

Otomotif

Silikon karbida (SiC) adalah bahan yang sangat keras yang berada di peringkat kesembilan dalam skala Mohs, di antara alumina (9) dan berlian (10). Silikon karbida pertama kali disintesis secara artifisial oleh penemu Amerika, Edward Acheson, pada tahun 1891 ketika mencoba membuat berlian buatan, namun ia justru menemukan kristal hitam kecil SiC dalam lelehan karbon dan alumina yang dipanaskan dengan listrik yang kemudian digiling menjadi bubuk untuk bahan abrasif industri. Kimiawan pemenang Hadiah Nobel Henri Moissan mengamati senyawa ini secara alami sebagai mineral transparan yang disebut moissanite pada tahun 1905.

Struktur atom dan sifat semikonduktor silikon karbida yang unik membuatnya ideal untuk aplikasi elektronik seperti dioda, transistor, dan perangkat daya. Silikon karbida memiliki ketahanan tegangan sepuluh kali lebih besar daripada silikon tradisional dan berkinerja lebih baik lagi dalam sistem yang melebihi 1000V, sehingga menjadikannya bahan yang ideal untuk memenuhi kebutuhan tegangan tinggi yang terkait dengan stasiun pengisian daya kendaraan listrik (EV) dan sistem manajemen energi.

SiC dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi peralihan sekaligus membantu mengurangi ukuran dan berat komponen EV yang penting, seperti konverter DC-ke-DC, pengisi daya onboard, dan sistem manajemen baterai. Kemajuan ini dapat membawa berkendara bebas emisi lebih dekat ke adopsi massal. Analisis GlobalData mengidentifikasi lebih dari 10 perusahaan - mulai dari vendor teknologi dan perusahaan otomotif yang sudah mapan hingga perusahaan rintisan yang sedang berkembang - yang menggunakan silikon karbida untuk solusi inovatif.