A szilícium-karbid tulajdonságai

Hővezetőképesség

A hővezető képesség annak mértéke, hogy milyen könnyen átadható a hő egy anyagon. Ez a félvezetők kulcsfontosságú tulajdonsága, mivel azt jelzi, hogy egy anyag milyen mértékben képes hatékonyan elvezetni a hőt (hőfelhalmozódás a megnövekedett áram hatására megnövekedett teljesítmény miatt), ezáltal növeli feszültség- és áramképességét.

A szilícium hővezető képessége 130 W/(m⋅K), ami lényegesen alacsonyabb, mint a szilícium-karbidé (490 W/(m⋅K), ami lehetővé teszi a szilícium-karbid félvezetők hatékonyabb hőelvezetését és nagyobb üzemi feszültségek elviselését.

Hőtágulás

Hőtágulásról akkor beszélünk, amikor az anyag alakja vagy mérete megváltozik – de a fázis nem változik – a hőmérséklet változása miatt, például folyadékból gázzá. Gyakori példa az, hogy forró vizet kennek a beragadt palack kupakjára, hogy az megduzzadjon a könnyű kinyitás érdekében.

A szilícium-karbid nagyon alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkezik, ami azt jelenti, hogy jobban megőrzi alakját, szilárdságát és teljesítményét magas hőmérsékleten (és nagy feszültségen), amire a szilícium nem biztos, hogy képes.

Elektromos térerősség

Két másik kulcsfontosságú és releváns félvezető tulajdonság az anyag sávszélessége és a maximális elektromos térerősség.

A félvezető anyag molekulájában az elektronok különböző sávok között mozognak: az a terület, amelyet el kell foglalniuk, mert a sávok között nincs energiaállapot. A sávköz (vagy energiarés) az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy az elektron áttérjen a vegyértéksávból a vezetési sávba, lehetővé téve az elektromosság vezetését. Amikor a félvezetők elektromos energiát kapnak, és belépnek ebbe a vezető állapotba, egyedi szigetelő/vezető hibrid tulajdonságokat mutatnak.

A szilícium-karbid félvezetők háromszor nagyobb energiaréssel rendelkeznek, mint a szilícium alapú félvezetők, ami lehetővé teszi, hogy nagyobb elektromos térerősségnek ellenálljanak, mint a szilícium, így magasabb feszültségen és hőmérsékleten is működhetnek.

A szilícium-karbid félvezetők nagy energiaréssel rendelkeznek, és jobban ellenállnak és elvezetik a hőt, mint a szilícium alapú félvezetők. Más előnyük is van:

A szilícium-karbid nagy energiarés nagyon hasznos a nagy teljesítményű alkalmazásokban, mivel a nagyobb energiarés kisebb, nagyobb működési teljesítményű félvezető eszközöket tesz lehetővé.

A félvezető eszközök gyakori típusa, a diódák esetében a letörési feszültség az a feszültség, amelyen a fordított áram áthaladhat a diódán. A szilícium-karbid nagy áttörési feszültsége ideálissá teszi MOSFET-ekhez.

Ez egy másik fontos félvezető tulajdonsághoz vezet a MOSFET-ekben: a fordított helyreállítási időhöz. Ha a MOSFET fordított előfeszítési állapotba kerül, a normál állapotba való visszatéréshez szükséges időt fordított helyreállítási időnek nevezzük. Ez idő alatt az áram az ellenkező irányba folyhat, és a rendszer energiaveszteséget szenved. Ezekben az esetekben a SiC eszközök rendkívül gyors visszaállási idővel és elhanyagolható energiaveszteséggel rendelkeznek, ami a Si eszközök esetében nem mondható el.

A szilícium-karbid adalékolás (szennyeződés hozzáadása) szempontjából rugalmasabb, mint a szilícium. Testreszabható úgy, hogy csak meghatározott körülmények között vezesse az elektromosságot, például egy meghatározott intenzitású (infravörös, látható vagy ultraibolya) fényt, ami sokoldalúbbá teszi a szilícium-karbid félvezetőket.