Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un semiconduttore avanzato che supera molte delle limitazioni presenti nei dispositivi tradizionali in silicio. Con un bandgap tre volte pi\u00f9 ampio rispetto al silicio e una migliore conducibilit\u00e0 termica, i dispositivi SiC sono ideali per gestire tensioni e temperature pi\u00f9 elevate rispetto alle loro controparti in silicio.<\/p>\n
Questo articolo introdurr\u00e0 le propriet\u00e0 di base e i vantaggi del SiC che ne hanno accelerato la diffusione per le applicazioni dell'elettronica di potenza. Passeremo in rassegna le varie tecniche di crescita cristallina epitassiale e la caratterizzazione fisica degli strati cresciuti.<\/p>\n
L'ampio bandgap del carburo di silicio lo rende ideale per le applicazioni di commutazione per la conversione di potenza, consentendogli di gestire tensioni, correnti e temperature pi\u00f9 elevate rispetto ai tipici semiconduttori a base di silicio, consentendo cos\u00ec di realizzare progetti pi\u00f9 piccoli con costi di sistema ridotti.<\/p>\n
Il bandgap di un materiale si riferisce all'energia necessaria agli elettroni per spostarsi dalle bande di valenza degli atomi alle bande di conduzione degli stessi atomi. I materiali con bandgap ampio agiscono come conduttori, mentre quelli con bandgap pi\u00f9 stretto agiscono come isolanti; il carburo di silicio vanta un bandgap tre volte superiore a quello del silicio, rendendolo un materiale semiconduttore incredibilmente efficiente.<\/p>\n
I materiali a banda larga non si affidano a tensioni elevate per attivare l'energia termica, ma possono operare a temperature molto pi\u00f9 elevate, fino a 300 \u00b0C rispetto al limite massimo di 175 \u00b0C del silicio.<\/p>\n
Il bandgap del carburo di silicio pu\u00f2 anche offrire diversi vantaggi alle applicazioni automobilistiche, riducendo i costi di sistema e migliorando l'efficienza e riducendo i sistemi di raffreddamento attivo che aggiungono peso e complessit\u00e0 ai veicoli elettrici. L'integrazione del carburo di silicio nei circuiti di commutazione per la conversione di potenza richiede un'esperienza unica, in quanto deve essere adeguatamente dimensionato e configurato in base alle specifiche di prestazione dell'applicazione; inoltre, \u00e8 necessario adottare un approccio olistico nel considerare i compromessi tra i costi di raffreddamento e i benefici dei materiali e delle prestazioni del carburo di silicio.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un materiale semiconduttore innovativo con molteplici vantaggi per le applicazioni dell'elettronica di potenza, quali elevate capacit\u00e0 di tensione di blocco, tempi di commutazione rapidi e perdite ridotte. I dispositivi a base di SiC presentano inoltre intensit\u00e0 di campo di rottura pi\u00f9 elevate rispetto a quelli a base di silicio, consentendo ai progettisti di aumentare il flusso di corrente a parit\u00e0 di dimensioni del dispositivo.<\/p>\n
L'intensit\u00e0 del campo di rottura dei semiconduttori \u00e8 direttamente proporzionale al loro gap energetico, che determina se agiscono come conduttori o isolanti. I conduttori permettono agli elettroni di passare liberamente tra le bande di valenza e di conduzione, mentre per gli isolanti \u00e8 necessaria una quantit\u00e0 significativa di energia per attraversare le barriere tra le bande; il SiC ha un bandgap eccezionalmente ampio, che lo rende simile a un conduttore con una maggiore intensit\u00e0 del campo di breakdown rispetto ad altri materiali come il Si.<\/p>\n
Il SiC pu\u00f2 essere modificato mediante drogaggio con impurit\u00e0 come alluminio, boro, gallio o azoto; le sue propriet\u00e0 elettriche possono quindi essere adattate alterando la sua composizione chimica con droganti (impurit\u00e0). Il drogaggio pu\u00f2 far s\u00ec che il SiC si comporti come un isolante, aggiungendo questi elementi, o che si comporti come un semiconduttore, aggiungendo azoto o fosforo - la concentrazione e la distribuzione spaziale dei droganti sono fondamentali per le sue prestazioni nei dispositivi; pertanto la concentrazione e la distribuzione devono essere verificate per assicurarsi che non vi siano contaminanti dannosi.<\/p>\n
I semiconduttori al carburo di silicio (SiC) offrono numerosi vantaggi chiave per le applicazioni di elettronica di potenza, tra cui un'elevata tensione di breakdown, velocit\u00e0 di commutazione pi\u00f9 elevate, perdite inferiori e resistenza alle radiazioni, che li rendono adatti a molti progetti e progetti con requisiti di raffreddamento ridotti grazie al funzionamento a temperature pi\u00f9 elevate. La capacit\u00e0 dei semiconduttori SiC di operare a temperature elevate si traduce anche in una riduzione delle esigenze di raffreddamento, con conseguenti dispositivi pi\u00f9 piccoli e leggeri.<\/p>\n
Il SiC \u00e8 un materiale semiconduttore che pu\u00f2 essere drogato con azoto e fosforo per produrre un semiconduttore di tipo n, o drogato con boro, alluminio o gallio per ottenere un semiconduttore di tipo p. Questo crea un ampio bandgap, il che significa che l'elettricit\u00e0 pu\u00f2 fluire molto pi\u00f9 facilmente a temperature pi\u00f9 elevate rispetto al silicio. Inoltre, la conduttivit\u00e0 termica del SiC \u00e8 eccezionale; la sua resistenza alla temperatura si estende fino a 1600degC.<\/p>\n
Le prestazioni ad alta temperatura dei semiconduttori SiC li rendono ideali per le applicazioni ad alta corrente, come le auto elettriche. Le auto elettriche richiedono flussi di corrente massicci per accelerare, pur operando in ambienti caldi come deserti o montagne: la superiore resistenza al calore del SiC lo rende la soluzione perfetta.<\/p>\n
Sebbene il SiC sia raro in natura, pu\u00f2 essere creato sinteticamente attraverso vari processi. Un'opzione prevede la dissoluzione del carbonio nel silicio fuso; un'altra prevede il riscaldamento dell'argilla mista a coke in polvere in un forno elettrico; oppure pu\u00f2 essere coltivato direttamente su wafer attraverso processi di deposizione chimica da vapore.<\/p>\n
Il drogaggio dei semiconduttori di carburo di silicio comporta l'aggiunta di impurit\u00e0 nel reticolo cristallino per modificarne le propriet\u00e0 e alterarne le caratteristiche. Il drogaggio pu\u00f2 essere effettuato tramite impianto ionico o durante il processo di crescita del cristallo; sebbene l'impianto ionico sia preferito per il suo drogaggio uniforme su tutta la superficie, il drogaggio in situ richiede temperature di attivazione pi\u00f9 elevate che potrebbero degradare significativamente la mobilit\u00e0 del canale dei transistor a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore, influenzando negativamente le prestazioni del dispositivo.<\/p>\n
L'impianto ionico presenta anche una serie di svantaggi. Controllare con precisione la concentrazione di drogante pu\u00f2 essere un'impresa ardua, che potrebbe portare a grandi variazioni della struttura a bande del semiconduttore, nonch\u00e9 a numerosi difetti superficiali e a una riduzione della qualit\u00e0 dei prodotti in carburo di silicio.<\/p>\n
Per superare questi problemi, \u00e8 stato ideato un nuovo metodo di drogaggio che utilizza un composto di boro. Questo composto di boro viene poi applicato direttamente sulle superfici del carburo di silicio utilizzando una soluzione contenente metanolo; ci\u00f2 consente una distribuzione pi\u00f9 uniforme degli atomi di boro sulla superficie, con conseguente miglioramento della qualit\u00e0 dei prodotti in carburo di silicio e riduzione del tempo di ricottura di attivazione (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\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=208"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":209,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions\/209"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=208"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=208"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=208"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}