Co sprawia, że półprzewodniki z węglika krzemu są wyjątkowe?

Półprzewodniki z węglika krzemu mają potencjał, by zmienić wiele rynków. Ale co czyni je wyjątkowymi?

Urządzenia zasilające wykonane z węglika krzemu oferują liczne korzyści w zakresie jakości, niezawodności i wydajności. Zmniejszają straty energii przy jednoczesnym obniżeniu kosztów BOM w projektach o wyższych częstotliwościach przełączania.

Te wyjątkowe właściwości fizyczne SiC są możliwe dzięki jego wyjątkowej charakterystyce elektrotermicznej i zostaną omówione poniżej w każdej sekcji.

Wysoka przewodność elektryczna

Półprzewodniki z węglika krzemu mogą obsługiwać wyższe poziomy napięcia i prądu oraz wytrzymywać wyższe temperatury niż urządzenia na bazie krzemu, zmniejszając w ten sposób straty podczas konwersji napięcia/prądu i sprawiając, że półprzewodniki mocy są bardziej opłacalne, lekkie i wydajne.

Są one zatem idealnymi komponentami dla urządzeń energoelektronicznych, takich jak tranzystory MOSFET i diody Schottky'ego w postaci dyskretnej i modułów mocy, a ich szerokie pasmo przenoszenia pozwala im pracować przy wyższych częstotliwościach bez utraty wydajności lub generowania ciepła.

Domieszkowanie półprzewodników z węglika krzemu pozwala producentom kontrolować przewodność elektryczną tych półprzewodników poprzez dodawanie zanieczyszczeń, takich jak azot, fosfor i beryl jako domieszki, zmieniając ich napięcie przebicia i właściwości ruchliwości elektronicznej.

Laboratoria EAG posiadają rozległą wiedzę specjalistyczną w zakresie analizy charakterystyki elektrotermicznej węglika krzemu przy użyciu masowych i przestrzennie rozdzielonych technik analitycznych. Możemy zweryfikować stężenie i dystrybucję domieszek, a także upewnić się, że w próbce węglika krzemu nie występują niepożądane zanieczyszczenia.

Szerokie pasmo przenoszenia

Półprzewodniki z węglika krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) oferują większe przerwy energetyczne niż tradycyjne materiały na bazie krzemu, umożliwiając urządzeniom pracę przy wyższych napięciach, częstotliwościach i temperaturach przy jednoczesnym zmniejszeniu masy i kosztów cyklu życia urządzeń produkowanych przy użyciu tych dwóch materiałów. Pozwala to firmom na zmniejszenie rozmiarów przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności zasilania przy zmniejszonych kosztach objętościowych przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów cyklu życia.

Szersze pasmo przenoszenia pozwala elektronom w paśmie walencyjnym na łatwe przejście w pasmo przewodzenia bez zużywania energii cieplnej, co ułatwia urządzeniom półprzewodnikowym przełączanie dużych prądów przy dużych prędkościach bez ponoszenia strat mocy.

Półprzewodniki szerokoprzerwowe mogą zmniejszyć wagę, objętość i koszty cyklu życia w energoelektronice; przyspieszyć powszechne przyjęcie pojazdów elektrycznych; i zintegrować odnawialne źródła energii z siecią elektryczną. Elastyczna piaskownica do modelowania firmy Keysight, IC-CAP, umożliwia inżynierom modelującym urządzenia maksymalizację tych innowacyjnych technologii w celu uzyskania maksymalnych korzyści - tak jak Luke Skywalker umiejętnie zrzucił foton na Gwiazdę Śmierci! IC-CAP pozwala stawić czoła każdemu wyzwaniu projektowemu!

Wysokie natężenie pola rażenia

Półprzewodniki z węglika krzemu charakteryzują się dziesięciokrotnie większym natężeniem pola przebicia niż konwencjonalne urządzenia krzemowe, co oznacza, że mogą wytrzymać znacznie większą energię bez uszkodzenia - jest to istotna cecha w zastosowaniach związanych z konwersją energii, takich jak falowniki trakcyjne pojazdów elektrycznych.

Wysokie natężenie pola przebicia SiC umożliwia zmniejszenie rozmiarów urządzeń przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiego napięcia znamionowego, co prowadzi do znacznych oszczędności w zakresie rozmiaru, wagi i kosztów komponentów.

SiC i inne materiały o szerokim paśmie przenoszenia są coraz częściej stosowane przez producentów samochodów, aby pomóc im w przejściu na pojazdy elektryczne, a także pod presją rządu w celu ograniczenia emisji.

Węglik krzemu (SiC) to nieorganiczny związek chemiczny składający się z krzemu i węgla. Jest szeroko stosowany w aplikacjach wymagających wysokiej trwałości, takich jak kamizelki kuloodporne i ceramiczne płytki hamulcowe, a także jako materiał ścierny lub do tworzenia syntetycznych kamieni moissanitowych na sprzedaż. SiC może być hodowany na waflach w procesach wyżarzania termicznego lub chemicznego osadzania z fazy gazowej; obie metody pozwalają na łatwy wzrost w postaci wafli.

Niska przewodność cieplna

Węglik krzemu (SiC) jest niekonwencjonalnym materiałem półprzewodnikowym o szerokim paśmie wzbronionym, posiadającym unikalne zalety w porównaniu do powszechnie stosowanego krzemu w aplikacjach wysokiego napięcia. SiC może wytrzymać znacznie wyższe temperatury, napięcia i częstotliwości bez przegrzewania urządzeń pracujących z dużymi prędkościami; dodatkowo jego niska rezystancja włączenia umożliwia pracę urządzeń z większą częstotliwością bez przegrzewania.

SiC jest obojętnym materiałem o doskonałej odporności chemicznej na kwasy i ługi, niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, co czyni go wysoce pożądanym materiałem do podpór tacek waflowych i łopatek w piecach półprzewodnikowych, rezystorach, warystorach i komponentach warystorowych. Te cechy sprawiają, że SiC jest idealny do zastosowań w rezystorach i warystorach.

Czysty SiC jest bezbarwny i ma sześcienną strukturę krystaliczną. Może być hodowany jako monokrystaliczne monokryształy przy użyciu metody Lely i czasami cięty na syntetyczne kamienie moissanitowe do użytku jubilerskiego.