Piikarbidi

Piikarbidi (SiC) on piin ja hiilen muodostama keraaminen yhdiste ja puolijohde. Sen Mohsin kovuus on 9,2–9,3. Aine ei liukene veteen. Piikarbidista käytetään myös nimiä hiilipii, carborundum ja piimonokarbidi. 

Piikarbidilla on havaittu yli 200 erilaista kiderakennetta, eli polytyyppiä., joista pisimmät periodit ovat satoja kerroksia. Yleisimmät polytyypit ovat kuitenkin 6H, 4H ja 3C. 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 
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 

Piikarbidia on käytetty lähinnä jännitteestä riippuvien vastusten eli varistorien, mutta myös muiden tehoelektroniikan komponenttien valmistukseen.

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.

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.

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.

Yhdistettä tutkitaan optisen sirun materiaalina sen parempien lämpö-, sähkö- ja mekaanisien ominaisuuksien johdosta.

Huomautukset

Lähteet

Aiheesta muualla 

Tampereen teknillinen yliopisto Materiaaliopin laitos: Piikarbidi SiC 
Peter Råback: Piikarbidi – uusi kiinnostava puolijohdemateriaali 
PubChem: Silicon carbide 
ChemBlink: Silicon carbide 

Karbidit
Jalokivet
Piiyhdisteet
Puolimetalliyhdisteet
Synteettiset mineraalit