Funktionerna hos kiselkarbid

Värmeledningsförmåga

Värmeledningsförmåga är ett mått på hur lätt värme överförs genom ett material. Detta är en nyckelegenskap hos halvledare, eftersom det indikerar i vilken utsträckning ett material effektivt kan avleda värme (värmeackumulering på grund av ökad effekt på grund av ökad ström), och därmed öka dess spännings- och strömkapacitet.

Den termiska ledningsförmågan för kisel är 130 W/(m⋅K), vilket är betydligt lägre än den för kiselkarbid (490 W/(m⋅K), vilket gör att kiselkarbidhalvledare kan avleda värme mer effektivt och motstå högre driftspänningar.

Termisk expansion

Termisk expansion är när ett material ändrar form eller storlek – men inte ändrar fas – på grund av en temperaturförändring, till exempel från en vätska till en gas. Ett vanligt exempel är att applicera varmt vatten på en flasklock som har fastnat för att den ska svälla för enkel öppning.

Kiselkarbid har en mycket låg termisk expansionskoefficient, vilket innebär att den behåller sin form, styrka och prestanda bättre vid höga temperaturer (och höga spänningar), vilket kisel kanske inte klarar av.

Elektrisk fältstyrka

Två andra viktiga och relevanta halvledaregenskaper är materialets bandgap och den maximala elektriska fältstyrkan.

I en molekyl av halvledarmaterial rör sig elektroner mellan olika band: området de måste uppta eftersom det inte finns något energitillstånd mellan banden. Bandgapet (eller energigapet) är den energi som krävs för en elektron att göra övergången från valensbandet till ledningsbandet, vilket gör att elektricitet kan ledas. När halvledare tar emot elektrisk energi och går in i detta ledande tillstånd, uppvisar de unika isolator/ledarhybridegenskaper.

Kiselkarbidhalvledare har tre gånger högre energigap än kiselbaserade halvledare, vilket gör att de tål högre elektriska fältstyrkor än kisel, vilket gör att de kan arbeta vid högre spänningar och temperaturer.

Kiselkarbidhalvledare har ett stort energigap och tål och avleder värme bättre än kiselbaserade halvledare. De har även andra fördelar:

Det höga energigapet hos kiselkarbid är mycket användbart i högeffektapplikationer eftersom det högre energigapet möjliggör mindre halvledarenheter med högre driftsprestanda.

För dioder, en vanlig typ av halvledaranordning, är genombrottsspänningen den spänning vid vilken en omvänd pålagd ström kan flyta genom dioden. Den höga genomslagsspänningen hos kiselkarbid gör den idealisk för MOSFET:er.

Detta leder till en annan viktig halvledarfunktion i MOSFET:er: omvänd återställningstid. Om MOSFET:en går in i ett omvänt förspänningstillstånd kallas tiden det tar att återgå till det normala tillståndet den omvända återställningstiden. Under denna tid kan strömmen flyta i motsatt riktning och systemet upplever energiförlust. I dessa fall har SiC-enheter extremt snabba omvända återhämtningstider och försumbara energiförluster, vilket inte är fallet med Si-enheter.

Kiselkarbid är mer flexibel än kisel när det gäller dopning (tillföra föroreningar). Den kan anpassas för att endast leda elektricitet under specifika förhållanden, såsom ljus som genomgår en specifik intensitet (infrarött, synligt eller ultraviolett), vilket gör halvledare av kiselkarbid mer mångsidiga.