Egenskapene til silisiumkarbid

Termisk ledningsevne

Termisk ledningsevne er et mål på hvor lett varme overføres gjennom et materiale. Dette er en nøkkelegenskap til halvledere, ettersom det indikerer i hvilken grad et materiale er i stand til effektivt å spre varme (varmeakkumulering på grunn av økt effekt på grunn av økt strøm), og dermed øke dets spenning og strømkapasitet.

Den termiske ledningsevnen til silisium er 130 W/(m⋅K), som er betydelig lavere enn for silisiumkarbid (490 W/(m⋅K), noe som gjør at silisiumkarbidhalvledere kan spre varme mer effektivt og tåle høyere driftsspenninger.

Termisk ekspansjon

Termisk ekspansjon er når et materiale endrer form eller størrelse – men ikke endrer fase – på grunn av en temperaturendring, for eksempel fra en væske til en gass. Et vanlig eksempel er å bruke varmt vann på en fast flaskehette for å la den svelle for enkel åpning.

Silisiumkarbid har en veldig lav termisk ekspansjonskoeffisient, noe som betyr at det beholder formen, styrken og ytelsen bedre ved høye temperaturer (og høye spenninger), noe silisium kanskje ikke klarer.

Elektrisk feltstyrke

To andre viktige og relevante halvlederegenskaper er båndgapet til materialet og den maksimale elektriske feltstyrken.

I et halvledermateriale molekyl beveger elektroner seg mellom forskjellige bånd: området de må okkupere fordi det ikke er noen energitilstand mellom båndene. Båndgapet (eller energigapet) er energien som kreves for et elektron for å gjøre overgangen fra valensbåndet til ledningsbåndet, slik at elektrisitet kan ledes. Når halvledere mottar elektrisk energi og går inn i denne ledende tilstanden, viser de unike isolator-/lederhybridegenskaper.

Silisiumkarbidhalvledere har et tre ganger høyere energigap enn silisiumbaserte halvledere, noe som gjør at de tåler høyere elektriske feltstyrker enn silisium, slik at de kan operere ved høyere spenninger og temperaturer.

Silisiumkarbidhalvledere har et stort energigap og tåler og avleder varme bedre enn silisiumbaserte halvledere. De har også andre fordeler:

Det høye energigapet til silisiumkarbid er veldig nyttig i høyeffektapplikasjoner fordi det høyere energigapet tillater mindre halvlederenheter med høyere driftsytelse.

For dioder, en vanlig type halvlederenhet, er sammenbruddsspenningen spenningen som en omvendt påført strøm kan flyte gjennom dioden. Den høye nedbrytningsspenningen til silisiumkarbid gjør den ideell for MOSFET-er.

Dette fører til en annen viktig halvlederfunksjon i MOSFET-er: omvendt gjenopprettingstid. Hvis MOSFET-en går inn i en omvendt bias-tilstand, er tiden det tar å gå tilbake til normal tilstand kjent som den reverserte gjenopprettingstiden. I løpet av denne tiden kan strømmen flyte i motsatt retning og systemet opplever energitap. I disse tilfellene har SiC-enheter ekstremt raske reverseringstider og ubetydelige energitap, noe som ikke er tilfellet med Si-enheter.

Silisiumkarbid er mer fleksibelt enn silisium når det gjelder doping (tilsetning av urenheter). Den kan tilpasses til å lede elektrisitet bare under spesifikke forhold, for eksempel lys som gjennomgår en bestemt intensitet (infrarød, synlig eller ultrafiolett), noe som gjør silisiumkarbidhalvledere mer allsidige.