Siliziumkarbid

Siliziumkarbid, chemisch SiC, ist eine harte keramische Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff. Es existiert in mehreren Kristallformen, den sogenannten Polytypen (z. B. 3C-, 4H- und 6H-SiC). SiC besticht durch hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und chemische Stabilität. Die Bandlücke des Halbleiters ist mit etwa 2,3 bis 3,3 Elektronenvolt je nach Polytyp breit und ermöglicht Einsatz als Hochleistungs-Halbleitermaterial.

Herstellung: Industriell wird Siliziumkarbid im Acheson-Verfahren durch carbothermische Reduktion von Siliciumdioxid mit Kohlenstoff hergestellt, woraus Beta-SiC entsteht. Weiterhin werden große Einkristalle durch Sublimation- oder Transportverfahren (PVT) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gezielt als epitaktische Schichten gezüchtet. Die unterschiedlichen Polytypen entstehen durch Variationen in Struktur, Stöchiometrie und Dotierung, sodass n- oder p-Typen erreichbar sind.

Verwendung: Aufgrund seiner Härte wird SiC seit Langem als Schleif- und Schneidwerkstoff eingesetzt, etwa in Schleifscheiben, Schleifkörnern und Bohrwerkzeugen. In der Elektronik dient Siliziumkarbid als Trägermaterial und Bauelemente für Hochleistungs- und Hochtemperaturanwendungen: MOSFETs und Dioden mit hoher Durchbruchspannung, gute Wärmeableitung und Betriebstemperaturen über 200 °C. SiC wird auch als Substratmaterial für GaN-LEDs genutzt und kommt in Strahlungsdetektoren sowie in reaktorbeständigen Auskleidungen zum Einsatz.

Vorkommen und Umwelt: Siliziumkarbid kommt naturgegeben selten als Moissanit vor; die Mehrheit der Produkte ist synthetisch. Bei der Verarbeitung können feine SiC-Stäube gesundheitsschädlich sein; geeignete Schutzmaßnahmen sind zu treffen.