Cechy węglika krzemu

Przewodność cieplna

Przewodność cieplna jest miarą łatwości przenoszenia ciepła przez materiał. Jest to kluczowa właściwość półprzewodników, ponieważ wskazuje, w jakim stopniu materiał jest w stanie skutecznie odprowadzać ciepło (akumulacja ciepła w wyniku zwiększonej mocy w wyniku zwiększonego prądu), zwiększając w ten sposób jego możliwości napięciowe i prądowe.

Przewodność cieplna krzemu wynosi 130 W/(m⋅K), czyli jest znacznie niższa niż węglika krzemu (490 W/(m⋅K), dzięki czemu półprzewodniki z węglika krzemu wydajniej rozpraszają ciepło i wytrzymują wyższe napięcia robocze.

Rozszerzalność cieplna

Rozszerzalność cieplna ma miejsce, gdy materiał zmienia kształt lub rozmiar – ale nie zmienia fazy – w wyniku zmiany temperatury, na przykład z cieczy w gaz. Typowym przykładem jest nałożenie gorącej wody na zakleszczoną zakrętkę butelki, aby umożliwić jej spęcznienie i łatwe otwarcie.

Węglik krzemu ma bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, co oznacza, że ​​lepiej zachowuje swój kształt, wytrzymałość i wydajność w wysokich temperaturach (i wysokich napięciach), czego krzem może nie być w stanie wytrzymać.

Siła pola elektrycznego

Dwie inne kluczowe i istotne właściwości półprzewodników to pasmo wzbronione materiału i maksymalne natężenie pola elektrycznego.

W cząsteczce materiału półprzewodnikowego elektrony przemieszczają się pomiędzy różnymi pasmami: obszarem, który muszą zajmować, ponieważ pomiędzy pasmami nie ma stanu energetycznego. Pasmo wzbronione (lub przerwa energetyczna) to energia potrzebna elektronowi do przejścia z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, umożliwiając przewodzenie prądu. Kiedy półprzewodniki otrzymują energię elektryczną i wchodzą w stan przewodzący, wykazują unikalne właściwości hybrydowe izolator/przewodnik.

Półprzewodniki z węglika krzemu mają trzykrotnie większą przerwę energetyczną niż półprzewodniki na bazie krzemu, co pozwala im wytrzymać większe natężenie pola elektrycznego niż krzem, co pozwala im pracować przy wyższych napięciach i temperaturach.

Półprzewodniki z węglika krzemu mają dużą przerwę energetyczną i są w stanie lepiej wytrzymywać i rozpraszać ciepło niż półprzewodniki na bazie krzemu. Mają też inne zalety:

Wysoka przerwa energetyczna węglika krzemu jest bardzo przydatna w zastosowaniach wymagających dużej mocy, ponieważ większa przerwa energetyczna pozwala na stosowanie mniejszych urządzeń półprzewodnikowych o wyższej wydajności operacyjnej.

W przypadku diod, powszechnego typu urządzeń półprzewodnikowych, napięcie przebicia to napięcie, przy którym przez diodę może przepływać odwrócony prąd. Wysokie napięcie przebicia węglika krzemu sprawia, że ​​idealnie nadaje się do tranzystorów MOSFET.

Prowadzi to do kolejnej ważnej cechy półprzewodników w tranzystorach MOSFET: czasu odzyskiwania wstecznego. Jeśli MOSFET przejdzie w stan polaryzacji zaporowej, czas potrzebny na powrót do stanu normalnego nazywany jest czasem powrotu do stanu pierwotnego. W tym czasie prąd może płynąć w przeciwnym kierunku, a system doświadcza strat energii. W takich przypadkach urządzenia SiC charakteryzują się niezwykle krótkimi czasami odzyskiwania wstecznego i znikomymi stratami energii, co nie ma miejsca w przypadku urządzeń Si.

Węglik krzemu jest bardziej elastyczny niż krzem pod względem domieszkowania (dodawania zanieczyszczeń). Można go dostosować tak, aby przewodził prąd tylko w określonych warunkach, takich jak światło o określonym natężeniu (podczerwień, światło widzialne lub ultrafiolet), co czyni półprzewodniki z węglika krzemu bardziej uniwersalnymi.