Caracteristicile carburii de siliciu

Conductivitate termică

Conductivitatea termică este o măsură a cât de ușor este transferată căldura printr-un material. Aceasta este o proprietate cheie a semiconductorilor, deoarece indică măsura în care un material este capabil să disipeze eficient căldura (acumularea de căldură datorită creșterii puterii datorită creșterii curentului), crescând astfel capacitățile sale de tensiune și curent.

Conductivitatea termică a siliciului este de 130 W/(m⋅K), care este semnificativ mai mică decât cea a carburii de siliciu (490 W/(m⋅K), permițând semiconductorilor din carbură de siliciu să disipeze căldura mai eficient și să reziste la tensiuni de operare mai mari.

Dilatare termică

Expansiunea termică este atunci când un material își schimbă forma sau dimensiunea - dar nu își schimbă faza - din cauza unei schimbări de temperatură, cum ar fi de la un lichid la un gaz. Un exemplu obișnuit este aplicarea apei fierbinți pe un capac de sticla blocat pentru a-i permite să se umfle pentru o deschidere ușoară.

Carbura de siliciu are un coeficient de dilatare termică foarte scăzut, ceea ce înseamnă că își păstrează mai bine forma, rezistența și performanța la temperaturi ridicate (și tensiuni înalte), ceea ce siliciul poate să nu poată face.

Intensitatea câmpului electric

Alte două proprietăți cheie și relevante ale semiconductoarelor sunt banda interzisă a materialului și puterea maximă a câmpului electric.

Într-o moleculă de material semiconductor, electronii se mișcă între benzi diferite: aria pe care trebuie să o ocupe deoarece nu există o stare de energie între benzi. Intervalul de bandă (sau decalajul de energie) este energia necesară unui electron pentru a face tranziția de la banda de valență la banda de conducție, permițând conducerea electricității. Când semiconductorii primesc energie electrică și intră în această stare conductivă, ei prezintă proprietăți hibride unice izolator/conductor.

Semiconductorii cu carbură de siliciu au un decalaj energetic de trei ori mai mare decât semiconductorii pe bază de siliciu, ceea ce le permite să reziste la intensități de câmp electric mai mari decât siliciul, permițându-le să funcționeze la tensiuni și temperaturi mai ridicate.

Semiconductorii cu carbură de siliciu au un decalaj mare de energie și pot rezista și disipa căldura mai bine decât semiconductorii pe bază de siliciu. Au și alte avantaje:

Decalajul mare de energie al carburii de siliciu este foarte util în aplicațiile de mare putere, deoarece decalajul de energie mai mare permite dispozitive semiconductoare mai mici, cu performanțe operaționale mai mari.

Pentru diode, un tip comun de dispozitiv semiconductor, tensiunea de defalcare este tensiunea la care un curent aplicat invers poate trece prin diodă. Tensiunea mare de rupere a carburii de siliciu o face ideală pentru MOSFET-uri.

Acest lucru duce la o altă caracteristică importantă a semiconductoarelor MOSFET: timpul de recuperare inversă. Dacă MOSFET-ul intră într-o stare de polarizare inversă, timpul necesar pentru a reveni la starea normală este cunoscut ca timp de recuperare inversă. În acest timp, curentul poate curge în direcția opusă și sistemul suferă pierderi de energie. În aceste cazuri, dispozitivele SiC au timpi de recuperare invers extrem de rapid și pierderi de energie neglijabile, ceea ce nu este cazul dispozitivelor Si.

Carbura de siliciu este mai flexibilă decât siliciul în ceea ce privește dopajul (adăugarea de impurități). Poate fi personalizat pentru a conduce electricitatea numai în condiții specifice, cum ar fi lumina care suferă o anumită intensitate (infraroșu, vizibil sau ultraviolet), ceea ce face ca semiconductorii din carbură de siliciu să fie mai versatili.