Особливості карбіду кремнію

Теплопровідність

Теплопровідність - це міра того, наскільки легко тепло передається через матеріал. Це ключова властивість напівпровідників, оскільки вона вказує на те, якою мірою матеріал здатний ефективно розсіювати тепло (накопичування тепла через збільшення потужності через збільшення струму), тим самим збільшуючи свої можливості напруги та струму.

Теплопровідність кремнію становить 130 Вт/(м⋅К), що значно нижче, ніж у карбіду кремнію (490 Вт/(м⋅К), що дозволяє напівпровідникам з карбіду кремнію ефективніше розсіювати тепло та витримувати вищі робочі напруги.

Теплове розширення

Теплове розширення відбувається, коли матеріал змінює форму або розмір, але не змінює фазу, через зміну температури, наприклад, із рідини на газ. Типовим прикладом є нанесення гарячої води на застряглу кришку пляшки, щоб дати їй розбухнути та легко відкрити.

Карбід кремнію має дуже низький коефіцієнт теплового розширення, що означає, що він краще зберігає свою форму, міцність і продуктивність за високих температур (і високої напруги), чого кремній може бути не в змозі.

Напруженість електричного поля

Двома іншими ключовими та важливими властивостями напівпровідника є ширина забороненої зони матеріалу та максимальна напруженість електричного поля.

У молекулі напівпровідникового матеріалу електрони рухаються між різними зонами: область, яку вони повинні займати, оскільки між зонами немає енергетичного стану. Ширина забороненої зони (або енергетична заборонена зона) — це енергія, необхідна електрону для переходу із валентної зони в зону провідності, що забезпечує проведення електрики. Коли напівпровідники отримують електричну енергію та переходять у цей провідний стан, вони виявляють унікальні гібридні властивості ізолятора та провідника.

Напівпровідники з карбіду кремнію мають втричі більший енергетичний проміжок, ніж напівпровідники на основі кремнію, що дозволяє їм витримувати вищу напруженість електричного поля, ніж кремній, що дозволяє їм працювати при вищих напругах і температурах.

Напівпровідники з карбіду кремнію мають великий енергетичний проміжок і можуть витримувати та розсіювати тепло краще, ніж напівпровідники на основі кремнію. Вони також мають інші переваги:

Великий енергетичний зазор карбіду кремнію дуже корисний у застосуваннях із високою потужністю, оскільки більший енергетичний зазор дозволяє створювати менші напівпровідникові пристрої з вищою робочою продуктивністю.

Для діодів, звичайного типу напівпровідникових пристроїв, напруга пробою — це напруга, при якій через діод може протікати протилежний прикладений струм. Висока напруга пробою карбіду кремнію робить його ідеальним для MOSFET.

Це призводить до ще однієї важливої ​​напівпровідникової функції MOSFET: зворотного часу відновлення. Якщо MOSFET переходить у стан зворотного зміщення, час, необхідний для повернення до нормального стану, відомий як час зворотного відновлення. Протягом цього часу струм може протікати в протилежному напрямку, і система відчуває втрату енергії. У цих випадках пристрої з SiC мають надзвичайно швидкий час зворотного відновлення та незначні втрати енергії, чого не можна сказати про пристрої з Si.

Карбід кремнію більш гнучкий, ніж кремній, з точки зору легування (додавання домішок). Його можна налаштувати для проведення електрики лише за певних умов, наприклад, світло певної інтенсивності (інфрачервоне, видиме або ультрафіолетове), що робить напівпровідники з карбіду кремнію більш універсальними.