El carburo de silicio (SiC) es un semiconductor avanzado que supera muchas de las limitaciones de los dispositivos tradicionales de silicio. Con una banda prohibida tres veces m\u00e1s ancha que la del silicio y una conductividad t\u00e9rmica mejorada, los dispositivos de SiC son ideales para manejar tensiones y temperaturas m\u00e1s altas que sus hom\u00f3logos de silicio.<\/p>\n
En este art\u00edculo se presentan las propiedades b\u00e1sicas y las ventajas del SiC que han acelerado su popularidad generalizada para aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia. Revisaremos diversas t\u00e9cnicas de crecimiento epitaxial de cristales, as\u00ed como la caracterizaci\u00f3n f\u00edsica de las capas crecidas.<\/p>\n
La amplia banda prohibida del carburo de silicio lo hace ideal para aplicaciones de conmutaci\u00f3n de conversi\u00f3n de potencia, permiti\u00e9ndole manejar tensiones, corrientes y temperaturas m\u00e1s elevadas que los semiconductores t\u00edpicos basados en silicio, lo que se traduce en dise\u00f1os m\u00e1s peque\u00f1os con costes de sistema reducidos.<\/p>\n
La banda prohibida de cualquier material se refiere a la energ\u00eda necesaria para que los electrones pasen de las bandas de valencia de los \u00e1tomos a las bandas de conducci\u00f3n de esos mismos \u00e1tomos. Los materiales con bandas prohibidas anchas act\u00faan como conductores, mientras que los que tienen bandas m\u00e1s estrechas act\u00faan como aislantes; el carburo de silicio presenta una banda prohibida tres veces mayor que la del silicio, lo que lo convierte en un material semiconductor incre\u00edblemente eficaz.<\/p>\n
Los materiales de banda prohibida ancha no necesitan altos voltajes para activar la energ\u00eda t\u00e9rmica, sino que pueden funcionar a temperaturas mucho m\u00e1s elevadas, de hasta 300 \u00baC, frente al l\u00edmite m\u00e1ximo de 175 \u00baC del silicio.<\/p>\n
El bandgap del carburo de silicio tambi\u00e9n puede aportar varias ventajas a las aplicaciones de automoci\u00f3n, reduciendo los costes del sistema al tiempo que se mejora la eficiencia y se reducen los sistemas de refrigeraci\u00f3n activa que a\u00f1aden peso y complejidad a los veh\u00edculos el\u00e9ctricos. La integraci\u00f3n del carburo de silicio en los circuitos de conmutaci\u00f3n de conversi\u00f3n de potencia requiere una experiencia \u00fanica, ya que debe dimensionarse y configurarse adecuadamente seg\u00fan las especificaciones de rendimiento de la aplicaci\u00f3n; tambi\u00e9n es necesario adoptar un enfoque hol\u00edstico a la hora de considerar las compensaciones entre los costes de refrigeraci\u00f3n frente a los beneficios del coste de los materiales y las ventajas de rendimiento del carburo de silicio.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor innovador con m\u00faltiples ventajas para las aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia, como una elevada capacidad de tensi\u00f3n de bloqueo, tiempos de conmutaci\u00f3n r\u00e1pidos y p\u00e9rdidas reducidas. Los dispositivos basados en SiC tambi\u00e9n tienen mayores intensidades de campo de ruptura que los basados en silicio, lo que permite a los dise\u00f1adores aumentar el flujo de corriente con determinados tama\u00f1os de dispositivo.<\/p>\n
La intensidad del campo de ruptura de los semiconductores es directamente proporcional a su brecha energ\u00e9tica, que determina si act\u00faan como conductores o aislantes. Los conductores permiten que los electrones pasen libremente entre sus bandas de valencia y conducci\u00f3n, mientras que para los aislantes se necesita una gran cantidad de energ\u00eda para atravesar las barreras entre estas bandas; el SiC tiene una banda prohibida excepcionalmente ancha, lo que lo convierte en un conductor con una mayor intensidad de campo de ruptura que otros materiales como el Si.<\/p>\n
El SiC puede modificarse dop\u00e1ndolo con impurezas como aluminio, boro, galio o nitr\u00f3geno; sus propiedades el\u00e9ctricas pueden entonces adaptarse alterando su composici\u00f3n qu\u00edmica con dopantes (impurezas). El dopaje puede hacer que el SiC act\u00fae como un aislante dop\u00e1ndolo con estos elementos o que se comporte como un semiconductor a\u00f1adi\u00e9ndole nitr\u00f3geno o f\u00f3sforo; la concentraci\u00f3n y distribuci\u00f3n espacial de los dopantes es clave para su rendimiento en los dispositivos; de ah\u00ed que su concentraci\u00f3n y distribuci\u00f3n deban verificarse para asegurarse de que no existen contaminantes nocivos.<\/p>\n
Los semiconductores de carburo de silicio (SiC) ofrecen numerosas ventajas clave para las aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia, como una alta tensi\u00f3n de ruptura, velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas, menores p\u00e9rdidas y resistencia a las radiaciones, lo que los hace adecuados para muchos dise\u00f1os y dise\u00f1os con requisitos de refrigeraci\u00f3n reducidos gracias a su funcionamiento a temperaturas m\u00e1s elevadas. La capacidad de los semiconductores de SiC para funcionar a temperaturas elevadas tambi\u00e9n implica menores necesidades de refrigeraci\u00f3n, lo que se traduce en dispositivos m\u00e1s peque\u00f1os y ligeros.<\/p>\n
El SiC es un material semiconductor que puede doparse con nitr\u00f3geno y f\u00f3sforo para producir un semiconductor de tipo n, o doparse con boro, aluminio o galio para producir un semiconductor de tipo p. Esto crea una banda prohibida ancha, lo que significa que la electricidad puede fluir mucho m\u00e1s f\u00e1cilmente a temperaturas m\u00e1s altas que con el silicio. Esto crea un amplio bandgap, lo que significa que la electricidad puede fluir mucho m\u00e1s f\u00e1cilmente a temperaturas m\u00e1s altas que con el silicio. Adem\u00e1s, la conductividad t\u00e9rmica del SiC es excepcional; su resistencia a la temperatura llega hasta los 1600degC.<\/p>\n
El rendimiento a altas temperaturas de los semiconductores de SiC los hace ideales para aplicaciones que requieren corrientes elevadas, como los coches el\u00e9ctricos. Los coches el\u00e9ctricos necesitan grandes flujos de corriente para acelerar y funcionan en entornos calurosos como desiertos o monta\u00f1as, por lo que la resistencia t\u00e9rmica superior del SiC lo convierte en la soluci\u00f3n perfecta.<\/p>\n
Aunque el SiC es raro en la naturaleza, puede crearse sint\u00e9ticamente mediante diversos procesos. Una opci\u00f3n consiste en disolver carbono en silicio fundido; otra, en calentar arcilla mezclada con coque en polvo en un horno el\u00e9ctrico; o incluso puede cultivarse directamente en obleas mediante procesos de deposici\u00f3n qu\u00edmica de vapor.<\/p>\n
El dopaje de los semiconductores de carburo de silicio consiste en a\u00f1adir impurezas en su red cristalina para modificar sus propiedades y alterar sus caracter\u00edsticas. El dopaje puede realizarse mediante implantaci\u00f3n i\u00f3nica o durante el proceso de crecimiento del cristal in situ; aunque se prefiere la implantaci\u00f3n i\u00f3nica por su dopaje uniforme en toda la superficie, el dopaje in situ requiere temperaturas de activaci\u00f3n m\u00e1s elevadas que podr\u00edan degradar significativamente la movilidad del canal de los transistores de efecto de campo de metal-\u00f3xido-semiconductor, lo que afectar\u00eda negativamente al rendimiento del dispositivo.<\/p>\n
La implantaci\u00f3n de iones tambi\u00e9n presenta desventajas. Controlar con precisi\u00f3n la concentraci\u00f3n de dopante puede ser un reto, lo que podr\u00eda dar lugar a grandes variaciones en la estructura de banda del semiconductor, as\u00ed como a numerosos defectos superficiales y una menor calidad en los productos de carburo de silicio.<\/p>\n
Para superar estos problemas, se ha ideado un novedoso m\u00e9todo de dopaje que emplea un compuesto de boro. Este compuesto de boro se aplica directamente sobre las superficies de carburo de silicio utilizando una soluci\u00f3n que contiene metanol; esto permite una distribuci\u00f3n m\u00e1s uniforme de los \u00e1tomos de boro en su superficie, lo que mejora la calidad de los productos de carburo de silicio y reduce el tiempo de recocido de activaci\u00f3n (He et al. 2010; Tang et al. 2018; Sun et al. 2017b).<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon Carbide (SiC) is an advanced semiconductor that overcomes many of the limitations found in traditional silicon devices. With three times wider bandgap than silicon and improved thermal conductivity, SiC devices are ideal for handling higher voltages and temperatures than their silicon counterparts. This article will introduce the basic properties and advantages of SiC that […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-208","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=208"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":209,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions\/209"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=208"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=208"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=208"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}