Silisiumkarbid (SiC) er en avansert halvleder som overvinner mange av begrensningene som finnes i tradisjonelle silisiumkomponenter. Med tre ganger bredere b\u00e5ndgap enn silisium og bedre varmeledningsevne er SiC-enheter ideelle for h\u00e5ndtering av h\u00f8yere spenninger og temperaturer enn sine motstykker av silisium.<\/p>\n
Denne artikkelen gir en innf\u00f8ring i de grunnleggende egenskapene og fordelene ved SiC, som har bidratt til at det har blitt s\u00e5 popul\u00e6rt i kraftelektronikk. Vi gjennomg\u00e5r ulike epitaksiale krystallvekstteknikker samt fysisk karakterisering av de dyrkede lagene.<\/p>\n
Silisiumkarbid har et bredt b\u00e5ndgap som gj\u00f8r det ideelt for svitsjeapplikasjoner for str\u00f8mkonvertering, slik at det kan h\u00e5ndtere h\u00f8yere spenninger, str\u00f8mmer og temperaturer enn typiske silisiumbaserte halvledere - noe som f\u00f8rer til mindre konstruksjoner med reduserte systemkostnader.<\/p>\n
Et materiales b\u00e5ndgap refererer til energien som kreves for at elektroner skal kunne bevege seg fra valensb\u00e5ndene til atomene og inn i ledningsb\u00e5ndene til de samme atomene. Materialer med bredt b\u00e5ndgap fungerer som ledere, mens materialer med smalere b\u00e5ndgap fungerer som isolatorer. Silisiumkarbid har et tre ganger st\u00f8rre b\u00e5ndgap enn silisium, noe som gj\u00f8r det til et utrolig effektivt halvledermateriale.<\/p>\n
Materialer med bredt b\u00e5ndgap er ikke avhengige av h\u00f8ye spenninger for \u00e5 aktivere termisk energi, men kan i stedet fungere ved mye h\u00f8yere temperaturer - opptil 300 grader C, sammenlignet med silisiumets maksimumsgrense p\u00e5 175 grader C.<\/p>\n
Silisiumkarbidets b\u00e5ndgap kan ogs\u00e5 gi bilindustrien flere fordeler, redusere systemkostnadene samtidig som effektiviteten forbedres og aktive kj\u00f8lesystemer som \u00f8ker vekten og kompleksiteten i elbiler, reduseres. Integrering av silisiumkarbid i bryterkretser for kraftkonvertering krever unik ekspertise, ettersom det m\u00e5 dimensjoneres og konfigureres riktig i henhold til spesifikasjonene for applikasjonens ytelse. Det kreves ogs\u00e5 en helhetlig tiln\u00e6rming n\u00e5r man vurderer avveininger mellom kj\u00f8lekostnader og materialkostnadsfordeler og ytelsesfordeler ved silisiumkarbid.<\/p>\n
Silisiumkarbid (SiC) er et innovativt halvledermateriale med mange fordeler for kraftelektronikkapplikasjoner, for eksempel h\u00f8y blokkeringsspenning, raske koblingstider og reduserte tap. SiC-baserte enheter har ogs\u00e5 h\u00f8yere feltstyrke enn silisiumbaserte enheter, noe som gj\u00f8r det mulig for konstrukt\u00f8rer \u00e5 \u00f8ke str\u00f8mflyten ved gitte enhetsst\u00f8rrelser.<\/p>\n
Halvlederes feltstyrke er direkte proporsjonal med energigapet, som avgj\u00f8r om de fungerer som ledere eller isolatorer. I ledere kan elektroner passere fritt mellom valens- og ledningsb\u00e5ndene, mens det i isolatorer kreves betydelige mengder energi for \u00e5 passere over barrierene mellom disse b\u00e5ndene. SiC har et eksepsjonelt bredt b\u00e5ndgap, noe som gj\u00f8r det til en leder med h\u00f8yere feltstyrke enn andre materialer, for eksempel Si.<\/p>\n
SiC kan modifiseres ved \u00e5 dopes med urenheter som aluminium, bor, gallium eller nitrogen. De elektriske egenskapene kan deretter skreddersys ved \u00e5 endre den kjemiske sammensetningen med dopingmidler (urenheter). Dopingen kan f\u00e5 SiC til \u00e5 oppf\u00f8re seg som en isolator ved \u00e5 tilsette disse elementene, eller f\u00e5 det til \u00e5 oppf\u00f8re seg som en halvleder ved \u00e5 tilsette nitrogen eller fosfor - avhengig av konsentrasjonen og den romlige fordelingen av dopingstoffene, som er avgj\u00f8rende for ytelsen i enheter.<\/p>\n
Halvledere av silisiumkarbid (SiC) har en rekke viktige fordeler for kraftelektronikkapplikasjoner, blant annet h\u00f8y gjennombruddsspenning, raskere koblingshastigheter, lavere tap og str\u00e5lingsmotstand - noe som gj\u00f8r dem egnet for mange design og design med reduserte kj\u00f8lebehov p\u00e5 grunn av drift ved h\u00f8yere temperaturer. SiC-halvledernes evne til \u00e5 operere ved h\u00f8ye temperaturer betyr ogs\u00e5 redusert kj\u00f8lebehov, noe som resulterer i mindre og lettere enheter.<\/p>\n
SiC er et halvledende materiale som kan dopes med nitrogen og fosfor for \u00e5 lage en halvleder av n-typen, eller dopes med bor, aluminium eller gallium for \u00e5 lage en halvleder av p-typen. Dette skaper et bredt b\u00e5ndgap, noe som betyr at elektrisitet kan flyte mye lettere ved h\u00f8yere temperaturer enn med silisium. SiC har dessuten en eksepsjonell varmeledningsevne, og temperaturbestandigheten strekker seg helt opp til 1600 \u00b0C.<\/p>\n
SiC-halvledernes h\u00f8ye temperaturytelse gj\u00f8r dem ideelle for bruksomr\u00e5der med h\u00f8y str\u00f8mstyrke, som for eksempel elbiler. Elbiler krever enorme str\u00f8mstr\u00f8mmer for \u00e5 kunne akselerere, samtidig som de opererer i varme omgivelser som \u00f8rkener eller fjell - SiCs overlegne varmebestandighet gj\u00f8r det til den perfekte l\u00f8sningen.<\/p>\n
Selv om SiC er sjeldent i naturen, kan det fremstilles syntetisk gjennom ulike prosesser. En av dem g\u00e5r ut p\u00e5 \u00e5 l\u00f8se opp karbon i smeltet silisium, en annen g\u00e5r ut p\u00e5 \u00e5 varme opp leire blandet med pulverisert koks i en elektrisk ovn, eller det kan til og med dyrkes direkte p\u00e5 wafere ved hjelp av kjemiske dampavsetningsprosesser.<\/p>\n
Doping av halvledere av silisiumkarbid inneb\u00e6rer \u00e5 tilsette urenheter i krystallgitteret for \u00e5 modifisere egenskapene og endre karakteristikken. Doping kan enten utf\u00f8res via ioneimplantasjon eller in-situ-doping under krystallvekstprosessen. Selv om ioneimplantasjon er \u00e5 foretrekke p\u00e5 grunn av den jevne dopingen over hele overflaten, krever in-situ-doping h\u00f8yere aktiveringstemperaturer som kan forringe kanalmobiliteten til felteffekttransistorer av metalloksid-halvleder betydelig, noe som p\u00e5virker enhetens ytelse negativt.<\/p>\n
Ionimplantasjon har ogs\u00e5 sine ulemper. Det kan v\u00e6re utfordrende \u00e5 kontrollere dopingkonsentrasjonen n\u00f8yaktig, noe som kan f\u00f8re til store variasjoner i halvlederb\u00e5ndstrukturen samt mange overflatedefekter og redusert kvalitet p\u00e5 silisiumkarbidprodukter.<\/p>\n
For \u00e5 l\u00f8se disse problemene har man utviklet en ny dopingmetode med en borforbindelse. Denne borforbindelsen p\u00e5f\u00f8res deretter direkte p\u00e5 silisiumkarbidoverflater ved hjelp av en l\u00f8sning som inneholder metanol. Dette gir en jevnere fordeling av boratomer p\u00e5 overflaten, noe som f\u00f8rer til bedre kvalitet p\u00e5 silisiumkarbidprodukter og redusert aktiveringsgl\u00f8detid (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\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=208"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":209,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/208\/revisions\/209"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=208"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=208"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=208"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}