Značilnosti silicijevega karbida

Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost je merilo, kako enostavno se toplota prenaša skozi material. To je ključna lastnost polprevodnikov, saj kaže, v kolikšni meri je material sposoben učinkovito odvajati toploto (akumulacija toplote zaradi povečane moči zaradi povečanega toka), s čimer poveča svoje napetostne in tokovne zmogljivosti.

Toplotna prevodnost silicija je 130 W/(m⋅K), kar je znatno nižje kot pri silicijevem karbidu (490 W/(m⋅K), kar omogoča, da polprevodniki iz silicijevega karbida učinkoviteje odvajajo toploto in prenesejo višje delovne napetosti.

Toplotno raztezanje

Toplotna ekspanzija je, ko material spremeni obliko ali velikost – vendar ne spremeni faze – zaradi spremembe temperature, na primer iz tekočine v plin. Pogost primer je nanos vroče vode na zataknjen pokrovček steklenice, da ta nabrekne in se lažje odpre.

Silicijev karbid ima zelo nizek koeficient toplotnega raztezanja, kar pomeni, da pri visokih temperaturah (in visokih napetostih) bolje ohrani svojo obliko, trdnost in zmogljivost, česar silicij morda ne zmore.

Jakost električnega polja

Dve drugi ključni in pomembni lastnosti polprevodnika sta razmak med materialom in največja električna poljska jakost.

V molekuli polprevodniškega materiala se elektroni premikajo med različnimi pasovi: območjem, ki ga morajo zavzeti, ker med pasovi ni energijskega stanja. Pasovna vrzel (ali energijska vrzel) je energija, ki je potrebna, da elektron opravi prehod iz valenčnega pasu v prevodni pas, kar omogoča prevajanje električne energije. Ko polprevodniki prejmejo električno energijo in preidejo v to prevodno stanje, pokažejo edinstvene hibridne lastnosti izolator/prevodnik.

Polprevodniki iz silicijevega karbida imajo trikrat večjo energijsko vrzel kot polprevodniki na osnovi silicija, kar jim omogoča, da prenesejo višje električne poljske jakosti kot silicij, kar jim omogoča delovanje pri višjih napetostih in temperaturah.

Polprevodniki iz silicijevega karbida imajo veliko energijsko vrzel in lahko prenesejo in odvajajo toploto bolje kot polprevodniki na osnovi silicija. Imajo tudi druge prednosti:

Velika energijska vrzel silicijevega karbida je zelo uporabna pri aplikacijah z visoko močjo, saj večja energijska vrzel omogoča manjše polprevodniške naprave z večjo operativno zmogljivostjo.

Za diode, običajni tip polprevodniške naprave, je prebojna napetost napetost, pri kateri lahko skozi diodo teče obrnjen uporabljeni tok. Zaradi visoke prebojne napetosti silicijevega karbida je idealen za MOSFET-je.

To vodi do druge pomembne lastnosti polprevodnikov v MOSFET-ih: obratni obnovitveni čas. Če MOSFET preide v stanje povratne prednapetosti, je čas, ki je potreben za vrnitev v normalno stanje, znan kot čas povratne obnovitve. V tem času lahko tok teče v nasprotno smer in sistem doživi izgubo energije. V teh primerih imajo SiC naprave izjemno hitre povratne čase obnovitve in zanemarljive izgube energije, kar pa ne velja za Si naprave.

Silicijev karbid je bolj fleksibilen kot silicij v smislu dopinga (dodajanje nečistoč). Prilagoditi ga je mogoče tako, da prevaja elektriko samo pod določenimi pogoji, kot je svetloba, ki je podvržena določeni jakosti (infrardeča, vidna ali ultravijolična), zaradi česar so polprevodniki iz silicijevega karbida bolj vsestranski.