Egenskaberne ved siliciumcarbid

Termisk ledningsevne

Termisk ledningsevne er et mål for, hvor let varme overføres gennem et materiale. Dette er en nøgleegenskab ved halvledere, da det angiver, i hvilket omfang et materiale er i stand til effektivt at sprede varme (varmeakkumulering på grund af øget effekt på grund af øget strøm), og derved øge dets spændings- og strømkapacitet.

Den termiske ledningsevne af silicium er 130 W/(m⋅K), hvilket er væsentligt lavere end for siliciumcarbid (490 W/(m⋅K), hvilket gør det muligt for siliciumcarbidhalvledere at sprede varme mere effektivt og modstå højere driftsspændinger.

Termisk ekspansion

Termisk ekspansion er, når et materiale ændrer form eller størrelse - men ikke ændrer fase - på grund af en temperaturændring, såsom fra en væske til en gas. Et almindeligt eksempel er at påføre varmt vand på en fastsiddende flaskehætte for at lade den svulme op for nem åbning.

Siliciumcarbid har en meget lav termisk udvidelseskoefficient, hvilket betyder, at den bevarer sin form, styrke og ydeevne bedre ved høje temperaturer (og høje spændinger), hvilket silicium måske ikke er i stand til.

Elektrisk feltstyrke

To andre vigtige og relevante halvlederegenskaber er materialets båndgab og den maksimale elektriske feltstyrke.

I et halvledermaterialemolekyle bevæger elektroner sig mellem forskellige bånd: det område, de skal optage, fordi der ikke er nogen energitilstand mellem båndene. Båndgabet (eller energigabet) er den energi, der kræves for en elektron at foretage overgangen fra valensbåndet til ledningsbåndet, hvilket gør det muligt at lede elektricitet. Når halvledere modtager elektrisk energi og går ind i denne ledende tilstand, udviser de unikke isolator/leder-hybridegenskaber.

Siliciumcarbidhalvledere har et tre gange større energigab end siliciumbaserede halvledere, hvilket gør det muligt for dem at modstå højere elektriske feltstyrker end silicium, hvilket giver dem mulighed for at fungere ved højere spændinger og temperaturer.

Siliciumcarbidhalvledere har et stort energigab og kan modstå og aflede varme bedre end siliciumbaserede halvledere. De har også andre fordele:

Det høje energigab af siliciumcarbid er meget nyttigt i højeffektapplikationer, fordi det højere energigab giver mulighed for mindre halvlederenheder med højere driftsydelse.

For dioder, en almindelig type halvlederenhed, er nedbrydningsspændingen den spænding, ved hvilken en omvendt påført strøm kan strømme gennem dioden. Den høje gennembrudsspænding af siliciumcarbid gør den ideel til MOSFET'er.

Dette fører til en anden vigtig halvlederfunktion i MOSFET'er: omvendt gendannelsestid. Hvis MOSFET'en går ind i en omvendt bias-tilstand, er den tid, det tager at vende tilbage til den normale tilstand, kendt som den omvendte gendannelsestid. I løbet af denne tid kan strømmen flyde i den modsatte retning, og systemet oplever energitab. I disse tilfælde har SiC-enheder ekstremt hurtige reverseringstider og ubetydelige energitab, hvilket ikke er tilfældet med Si-enheder.

Siliciumcarbid er mere fleksibelt end silicium med hensyn til doping (tilsætning af urenheder). Det kan tilpasses til kun at lede elektricitet under specifikke forhold, såsom lys, der gennemgår en bestemt intensitet (infrarød, synlig eller ultraviolet), hvilket gør siliciumcarbid-halvledere mere alsidige.