Особенности карбида кремния

Теплопроводность

Теплопроводность — это мера того, насколько легко тепло передается через материал. Это ключевое свойство полупроводников, поскольку оно указывает на то, насколько материал способен эффективно рассеивать тепло (накопление тепла из-за увеличения мощности из-за увеличения тока), тем самым увеличивая свои возможности по напряжению и току.

Теплопроводность кремния составляет 130 Вт/(м⋅К), что значительно ниже, чем у карбида кремния (490 Вт/(м⋅К), что позволяет полупроводникам из карбида кремния эффективнее рассеивать тепло и выдерживать более высокие рабочие напряжения.

Тепловое расширение

Тепловое расширение — это когда материал меняет форму или размер, но не меняет фазу, из-за изменения температуры, например, из жидкости в газ. Типичным примером является нанесение горячей воды на застрявшую крышку бутылки, чтобы она набухла и ее можно было легко открыть.

Карбид кремния имеет очень низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что он лучше сохраняет свою форму, прочность и характеристики при высоких температурах (и высоких напряжениях), чего кремний, возможно, не в состоянии сделать.

Напряженность электрического поля

Двумя другими ключевыми и важными свойствами полупроводника являются ширина запрещенной зоны материала и максимальная напряженность электрического поля.

В молекуле полупроводникового материала электроны движутся между разными зонами: областью, которую они должны занимать, поскольку между зонами нет энергетического состояния. Запрещенная зона (или энергетическая щель) — это энергия, необходимая электрону для перехода из валентной зоны в зону проводимости, позволяющего проводить электричество. Когда полупроводники получают электрическую энергию и переходят в проводящее состояние, они проявляют уникальные гибридные свойства изолятора и проводника.

Полупроводники из карбида кремния имеют энергетическую щель в три раза большую, чем полупроводники на основе кремния, что позволяет им выдерживать более высокую напряженность электрического поля, чем кремний, что позволяет им работать при более высоких напряжениях и температурах.

Полупроводники из карбида кремния имеют большую энергетическую щель и могут лучше выдерживать и рассеивать тепло, чем полупроводники на основе кремния. У них есть и другие преимущества:

Большой энергетический зазор карбида кремния очень полезен в приложениях с высокой мощностью, поскольку более высокий энергетический зазор позволяет создавать полупроводниковые устройства меньшего размера с более высокими эксплуатационными характеристиками.

Для диодов, распространенного типа полупроводниковых приборов, напряжение пробоя — это напряжение, при котором обратный приложенный ток может течь через диод. Высокое напряжение пробоя карбида кремния делает его идеальным для МОП-транзисторов.

Это приводит к еще одной важной особенности полупроводниковых МОП-транзисторов: времени обратного восстановления. Если МОП-транзистор переходит в состояние обратного смещения, время, необходимое для возврата в нормальное состояние, называется временем обратного восстановления. За это время ток может течь в противоположном направлении и в системе происходят потери энергии. В этих случаях устройства SiC имеют чрезвычайно быстрое время обратного восстановления и незначительные потери энергии, чего нельзя сказать о устройствах Si.

Карбид кремния более гибок, чем кремний, с точки зрения легирования (добавления примесей). Его можно настроить для проведения электричества только при определенных условиях, например, при свете определенной интенсивности (инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом), что делает полупроводники из карбида кремния более универсальными.