Značajke silicij karbida

Toplinska vodljivost

Toplinska vodljivost je mjera koliko se lako toplina prenosi kroz materijal. Ovo je ključno svojstvo poluvodiča, budući da pokazuje u kojoj je mjeri materijal sposoban učinkovito raspršiti toplinu (akumulacija topline zbog povećane snage zbog povećane struje), čime se povećavaju njegove sposobnosti napona i struje.

Toplinska vodljivost silicija je 130 W/(m⋅K), što je značajno niže nego kod silicij karbida (490 W/(m⋅K), što omogućuje poluvodičima silicij karbida da učinkovitije odvode toplinu i izdrže više radne napone.

Toplinska ekspanzija

Toplinsko širenje je kada materijal mijenja oblik ili veličinu - ali ne mijenja fazu - zbog promjene temperature, kao što je iz tekućine u plin. Uobičajen primjer je nanošenje vruće vode na zaglavljeni čep boce kako bi se omogućilo da nabubri i lakše se otvori.

Silicijev karbid ima vrlo nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što znači da bolje zadržava svoj oblik, čvrstoću i performanse na visokim temperaturama (i visokim naponima), što silicij možda neće moći.

Jačina električnog polja

Druga dva ključna i relevantna svojstva poluvodiča su zabranjeni pojas materijala i maksimalna jakost električnog polja.

U molekuli poluvodičkog materijala, elektroni se kreću između različitih vrpci: područje koje moraju zauzeti jer između vrpci nema energetskog stanja. Praznični pojas (ili energetski jaz) je energija potrebna da elektron izvrši prijelaz iz valentnog pojasa u vodljivi pojas, omogućujući provođenje elektriciteta. Kada poluvodiči prime električnu energiju i uđu u to vodljivo stanje, pokazuju jedinstvena svojstva hibrida izolator/vodič.

Poluvodiči od silicij-karbida imaju tri puta veći energetski jaz od poluvodiča na bazi silicija, što im omogućuje da izdrže veće snage električnog polja od silicija, što im omogućuje rad na višim naponima i temperaturama.

Poluvodiči od silicij-karbida imaju veliki energetski jaz i mogu podnijeti i raspršiti toplinu bolje od poluvodiča na bazi silicija. Imaju i druge prednosti:

Veliki energetski razmak silicijevog karbida vrlo je koristan u primjenama velike snage jer veći energetski razmak omogućuje manje poluvodičke uređaje s višim radnim performansama.

Za diode, uobičajeni tip poluvodičkih uređaja, probojni napon je napon pri kojem obrnuta primijenjena struja može teći kroz diodu. Visoki probojni napon silicijevog karbida čini ga idealnim za MOSFET-ove.

To dovodi do još jedne važne značajke poluvodiča u MOSFET-ovima: obrnutog vremena oporavka. Ako MOSFET prijeđe u stanje obrnute prednapone, vrijeme potrebno da se vrati u normalno stanje poznato je kao vrijeme obrnutog oporavka. Za to vrijeme struja može teći u suprotnom smjeru i sustav doživljava gubitak energije. U tim slučajevima SiC uređaji imaju iznimno brzo reverzno vrijeme oporavka i zanemarive gubitke energije, što nije slučaj sa Si uređajima.

Silicijev karbid je fleksibilniji od silicija u smislu dopiranja (dodavanje nečistoća). Može se prilagoditi za provođenje električne energije samo pod određenim uvjetima, kao što je svjetlost određenog intenziteta (infracrvena, vidljiva ili ultraljubičasta), što poluvodiče od silicij-karbida čini svestranijima.