Vlastnosti karbidu kremíka

Tepelná vodivosť

Tepelná vodivosť je mierou toho, ako ľahko sa teplo prenáša cez materiál. Toto je kľúčová vlastnosť polovodičov, pretože udáva, do akej miery je materiál schopný efektívne odvádzať teplo (akumulácia tepla v dôsledku zvýšeného výkonu v dôsledku zvýšeného prúdu), čím sa zvyšuje jeho napäťové a prúdové schopnosti.

Tepelná vodivosť kremíka je 130 W/(m⋅K), čo je výrazne nižšia hodnota ako u karbidu kremíka (490 W/(m⋅K), čo umožňuje polovodičom z karbidu kremíka efektívnejšie odvádzať teplo a odolávať vyšším prevádzkovým napätiam.

Tepelná rozťažnosť

Tepelná rozťažnosť je, keď materiál mení tvar alebo veľkosť – ale nemení fázu – v dôsledku zmeny teploty, napríklad z kvapaliny na plyn. Bežným príkladom je nanášanie horúcej vody na uviaznutý uzáver fľaše, aby sa umožnilo napučiavanie a ľahké otváranie.

Karbid kremíka má veľmi nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, čo znamená, že si lepšie zachováva svoj tvar, pevnosť a výkon pri vysokých teplotách (a vysokom napätí), čo kremík nemusí byť schopný.

Intenzita elektrického poľa

Dve ďalšie kľúčové a relevantné vlastnosti polovodičov sú zakázané pásmo materiálu a maximálna intenzita elektrického poľa.

V molekule polovodičového materiálu sa elektróny pohybujú medzi rôznymi pásmami: oblasťou, ktorú musia zaberať, pretože medzi pásmi nie je žiadny energetický stav. Pásmová medzera (alebo energetická medzera) je energia potrebná pre elektrón na prechod z valenčného pásma do vodivého pásma, čo umožňuje vedenie elektriny. Keď polovodiče prijímajú elektrickú energiu a vstupujú do tohto vodivého stavu, vykazujú jedinečné hybridné vlastnosti izolátor/vodič.

Polovodiče z karbidu kremíka majú trikrát vyššiu energetickú medzeru ako polovodiče na báze kremíka, čo im umožňuje vydržať vyššiu intenzitu elektrického poľa ako kremík, čo im umožňuje pracovať pri vyšších napätiach a teplotách.

Polovodiče z karbidu kremíka majú veľkú energetickú medzeru a dokážu lepšie odolávať a odvádzať teplo ako polovodiče na báze kremíka. Majú aj ďalšie výhody:

Vysokoenergetická medzera karbidu kremíka je veľmi užitočná vo vysokovýkonných aplikáciách, pretože vyššia energetická medzera umožňuje menšie polovodičové zariadenia s vyšším prevádzkovým výkonom.

Pre diódy, bežný typ polovodičového zariadenia, je prierazné napätie napätie, pri ktorom môže cez diódu pretekať obrátený aplikovaný prúd. Vysoké prierazné napätie karbidu kremíka ho robí ideálnym pre MOSFET.

To vedie k ďalšej dôležitej funkcii polovodičov v MOSFET: reverznej dobe zotavenia. Ak MOSFET prejde do stavu spätného predpätia, čas potrebný na návrat do normálneho stavu je známy ako čas spätného zotavenia. Počas tejto doby môže prúd prúdiť opačným smerom a systém zaznamená stratu energie. V týchto prípadoch majú SiC zariadenia extrémne rýchle reverzné časy obnovy a zanedbateľné straty energie, čo nie je prípad Si zariadení.

Karbid kremíka je z hľadiska dopovania (pridávanie nečistôt) pružnejší ako kremík. Môže byť prispôsobený tak, aby viedol elektrický prúd iba za špecifických podmienok, ako je svetlo, ktoré podlieha špecifickej intenzite (infračervené, viditeľné alebo ultrafialové), vďaka čomu sú polovodiče z karbidu kremíka všestrannejšie.