Характеристиките на силициевия карбид

Топлопроводимост

Топлинната проводимост е мярка за това колко лесно топлината се пренася през даден материал. Това е ключово свойство на полупроводниците, тъй като показва степента, до която материалът е в състояние ефективно да разсейва топлината (натрупване на топлина поради увеличена мощност поради увеличен ток), като по този начин увеличава своите възможности за напрежение и ток.

Топлинната проводимост на силиция е 130 W/(m⋅K), което е значително по-ниско от това на силициевия карбид (490 W/(m⋅K), което позволява на полупроводниците от силициев карбид да разсейват топлината по-ефективно и да издържат на по-високи работни напрежения.

Топлинно разширение

Термичното разширение е, когато материал променя формата или размера – но не променя фазата – поради промяна в температурата, като например от течност към газ. Често срещан пример е нанасянето на гореща вода върху залепнала капачка на бутилка, за да може да набъбне за лесно отваряне.

Силициевият карбид има много нисък коефициент на топлинно разширение, което означава, че запазва своята форма, здравина и производителност по-добре при високи температури (и високи напрежения), което силицийът може да не е в състояние да направи.

Сила на електрическото поле

Две други ключови и уместни свойства на полупроводника са ширината на забранената лента на материала и максималната напрегнатост на електрическото поле.

В молекула на полупроводников материал електроните се движат между различни ленти: областта, която трябва да заемат, тъй като между лентите няма енергийно състояние. Забранената зона (или енергийната празнина) е енергията, необходима на електрона, за да направи прехода от валентната лента към проводимата зона, което позволява провеждането на електричество. Когато полупроводниците получават електрическа енергия и влязат в това проводящо състояние, те проявяват уникални хибридни свойства изолатор/проводник.

Полупроводниците от силициев карбид имат три пъти по-голяма енергийна празнина от полупроводниците на базата на силиций, което им позволява да издържат на по-висока напрегнатост на електрическото поле от силиция, което им позволява да работят при по-високи напрежения и температури.

Полупроводниците от силициев карбид имат голяма енергийна разлика и могат да издържат и разсейват топлината по-добре от полупроводниците на основата на силиций. Те имат и други предимства:

Високата енергийна междина на силициевия карбид е много полезна при приложения с висока мощност, тъй като по-високата енергийна междина позволява по-малки полупроводникови устройства с по-висока оперативна производителност.

За диоди, често срещан тип полупроводниково устройство, пробивното напрежение е напрежението, при което обратен приложен ток може да тече през диода. Високото пробивно напрежение на силициевия карбид го прави идеален за MOSFETs.

Това води до друга важна характеристика на полупроводниците в MOSFET: обратното време за възстановяване. Ако MOSFET премине в състояние на обратно отклонение, времето, необходимо за връщане към нормалното състояние, е известно като време за обратно възстановяване. През това време токът може да тече в обратна посока и системата изпитва загуба на енергия. В тези случаи SiC устройствата имат изключително бързо време за обратно възстановяване и незначителни загуби на енергия, което не е случаят с Si устройствата.

Силициевият карбид е по-гъвкав от силиция по отношение на допинг (добавяне на примеси). Може да се персонализира да провежда електричество само при определени условия, като например светлина, която претърпява определен интензитет (инфрачервена, видима или ултравиолетова), което прави полупроводниците от силициев карбид по-гъвкави.