Полупроводници омогућавају нашим електронским уређајима да повежу цео свет. Силицијум (Си) је дуго био примарни материјал за полупроводнике, али нова алтернатива је силицијум карбид (СиЦ).
Полупроводнички материјали имају јединствена својства, као што је електрична проводљивост између изолатора и проводника, са својствима оба; и ниску отпорност на високим температурама, што их чини погодним за употребу у компјутерским чиповима.
Својства полупроводника могу се прилагодити додавањем нечистоћа (допинг) у њихову молекуларну структуру. Ово мења пут протока електрона кроз силицијум и силицијум карбид и омогућава прилагођавање за различите електронске апликације.
СиЦ уређаји далеко надмашују Си уређаје у многим веома траженим{0}}карактеристикама полупроводника, што их чини кључним играчем у потрази за већом ефикасношћу и перформансама.
Које су карактеристике силицијум карбида?
Због своје атомске структуре, силицијум карбид (СиЦ) има другачија својства од чистог силицијума. Кристална структура силицијума омогућава му да формира основну решетку повезану са четири суседна атома силицијума. Међутим, силицијум се комбинује са угљеником да би се формирао тетраедар у којем су четири атома угљеника испресецана атомом силицијума, што резултира кристалном структуром која максимизира густину снаге, ефикасност и поузданост.
Тхермал Цондуцтивити
Топлотна проводљивост је мера колико се лако топлота може пренети кроз материјал. Ово је кључна карактеристика полупроводника јер указује на степен до којег је материјал у стању да ефикасно расипа топлоту (акумулација топлоте услед повећане снаге као резултат повећане струје), чиме се повећавају његове напонске и струјне могућности.
Топлотна проводљивост силицијума од 130 В/(м⋅К) је знатно нижа од силицијум карбида од 490 В/(м⋅К), што омогућава полупроводницима од силицијум карбида да ефикасније расипају топлоту и издрже веће радне напоне.
Тхермал Екпансион
Термичко ширење је када материјал промени облик или величину -, али не и фазу - услед промене температуре, као што је из течности у гас. Уобичајени пример је наношење топле воде на заглављени чеп боце да бисте га проширили за отварање.
Силицијум карбид има веома низак коефицијент топлотног ширења, што значи да је способнији да одржи свој облик, снагу и својства на високим температурама (и високим напонима), што силицијум можда није у стању да уради.
Јачина електричног поља
Две друге критичне и сродне полупроводничке особине су ширина појаса материјала и максимална јачина електричног поља.
У молекулима полупроводничких материјала, електрони се крећу између различитих енергетских опсега: региона које морају да заузму јер између трака нема енергетских стања. Појасни јаз (или енергетски јаз) је количина енергије потребна да електрони скоче из валентног појаса у појас проводљивости, омогућавајући тако електричну проводљивост. Када полупроводници примају електричну енергију и уђу у ово проводљиво стање, они показују јединствена својства хибрида изолатор/проводник.
Полупроводници од силицијум карбида имају енергетски јаз који је три пута већи од полупроводника на бази силицијума{0}}, што им омогућава да издрже веће јачине електричног поља од силицијумских и тако раде на вишим напонима и температурама.
Предности полупроводника од силицијум карбида
Као што је горе поменуто, полупроводници од силицијум карбида имају већи енергетски јаз, што им омогућава да боље издрже и расипају топлоту у поређењу са полупроводницима на бази силицијума{0}}. Они такође нуде и друге предности:
Висок енергетски јаз силицијум карбида је користан у апликацијама велике-снаге јер већи енергетски јаз омогућава мање полупроводничке уређаје и веће радне перформансе.
За диоду, уобичајени полупроводнички уређај, пробојни напон је напон при којем струја обрнута примењена може да тече кроз диоду. Висок пробојни напон силицијум карбида чини га идеалним за МОСФЕТ-ове.
Ово доводи до још једне важне полупроводничке карактеристике у МОСФЕТ-овима: обрнутог времена опоравка. Ако МОСФЕТ пређе у обрнуто стање, време које је потребно да се врати у нормално стање назива се реверзно време опоравка. За то време струја може да тече у обрнутом смеру и систем доживљава губитак енергије. У овим случајевима, СиЦ уређаји имају изузетно брзо време повратног опоравка и занемарљив губитак енергије, док Си уређаји немају.
Силицијум карбид има већу флексибилност у допингу (додавање нечистоћа) од силицијума. Може се прилагодити да спроводи електричну енергију само под одређеним условима, као што је доживљај специфичног интензитета светлости (инфрацрвена, видљива или ултраљубичаста), што даје СиЦ полупроводницима више примена.
