O que torna os semicondutores de carbeto de silício únicos?

Os semicondutores de carbeto de silício têm o potencial de transformar vários mercados. Mas o que os torna especiais?

Os dispositivos de potência fabricados com carbeto de silício oferecem inúmeras vantagens em termos de qualidade, confiabilidade e eficiência. Eles reduzem a perda de energia e, ao mesmo tempo, diminuem os custos de BOM em projetos que apresentam frequências de comutação mais altas.

Essas excelentes propriedades físicas do SiC são possibilitadas por suas excepcionais características eletrotérmicas e serão exploradas mais detalhadamente a seguir em cada seção.

Alta condutividade elétrica

Os semicondutores de carbeto de silício podem lidar com níveis mais altos de tensão e corrente e suportar temperaturas mais altas do que os dispositivos baseados em silício, reduzindo assim as perdas durante a conversão de tensão/corrente e tornando os semicondutores de potência mais econômicos, leves e eficientes.

Portanto, eles são componentes ideais para dispositivos eletrônicos de potência, como MOSFETs e diodos Schottky, em formatos discretos e de módulos de potência, e seu amplo intervalo de banda permite que operem em frequências mais altas sem perder eficiência ou criar problemas de geração de calor.

A dopagem de semicondutores de carbeto de silício permite que os fabricantes controlem a condutividade elétrica desses semicondutores adicionando impurezas como nitrogênio, fósforo e berílio como dopantes, alterando a tensão de ruptura e as propriedades de mobilidade eletrônica.

O EAG Laboratories tem ampla experiência na análise das características eletrotérmicas do carbeto de silício usando técnicas analíticas em massa e espacialmente resolvidas. Podemos verificar a concentração e a distribuição de dopantes, bem como garantir que não existam contaminantes indesejados em uma amostra de carbeto de silício.

Bandgap amplo

Os semicondutores de carbeto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN) oferecem bandgaps de energia maiores do que os materiais tradicionais à base de silício, permitindo que os dispositivos operem em tensões, frequências e temperaturas mais altas e, ao mesmo tempo, diminuindo o peso, o volume e os custos do ciclo de vida dos dispositivos fabricados com esses dois materiais. Isso permite que as empresas reduzam os tamanhos e, ao mesmo tempo, aumentem o desempenho de energia com custos reduzidos de volume de peso e de ciclo de vida.

Um bandgap mais amplo permite que os elétrons na banda de valência façam facilmente a transição para a condução sem gastar energia térmica, tornando mais simples para os dispositivos semicondutores alternar grandes correntes em altas velocidades sem incorrer em perdas de energia.

Os semicondutores de banda larga podem reduzir o peso, o volume e os custos do ciclo de vida em eletrônica de potência; acelerar a adoção generalizada de veículos elétricos; e integrar fontes de energia renováveis na rede elétrica. O IC-CAP, o sandbox de modelagem flexível da Keysight, capacita os engenheiros de modelagem de dispositivos a maximizar essas tecnologias inovadoras para obter o máximo benefício - assim como Luke Skywalker habilmente lançou um fóton na Estrela da Morte! O IC-CAP o capacita a enfrentar qualquer desafio de design de frente!

Alta intensidade de campo de ruptura

Os semicondutores de carbeto de silício apresentam uma força de campo de ruptura dez vezes maior do que os dispositivos de silício convencionais, o que significa que eles podem suportar uma energia muito maior sem serem danificados - um recurso essencial para aplicações de conversão de energia, como inversores de tração de veículos elétricos.

A alta intensidade de campo de ruptura do SiC permite que os dispositivos sejam menores e, ao mesmo tempo, ofereçam classificações de alta tensão, o que leva a uma economia significativa no tamanho, no peso e nos custos dos componentes.

O SiC e outros materiais de banda larga estão sendo cada vez mais adotados pelos fabricantes de automóveis para ajudar na transição para veículos elétricos e sob pressão do governo para a redução de emissões.

O carbeto de silício (SiC) é um composto químico inorgânico formado por silício e carbono. Ele é amplamente utilizado em aplicações que exigem alta durabilidade, como coletes à prova de balas e placas de freio de carros de cerâmica, além de ser um abrasivo ou criar pedras preciosas de moissanita sintética para venda. O SiC pode ser produzido em wafers por meio de processos de recozimento térmico ou deposição de vapor químico; ambos os métodos permitem que ele cresça facilmente em forma de wafer.

Baixa condutividade térmica

O carbeto de silício (SiC) é um material semicondutor não convencional de intervalo de banda larga com vantagens exclusivas em relação ao silício mais comumente empregado em aplicações de energia de alta tensão. O SiC pode suportar temperaturas, tensões e frequências significativamente mais altas sem superaquecer os dispositivos que operam em altas velocidades; além disso, sua baixa resistência de ativação permite que os dispositivos funcionem em uma frequência maior sem superaquecimento.

O SiC é um material inerte com resistência química superior a ácidos e lixívias e baixas taxas de expansão térmica, o que o torna um material altamente desejado para suportes de bandeja de wafer e pás em fornos de semicondutores, resistores, varistores e componentes de varistores. Essas qualidades tornam o SiC ideal para aplicações em resistores e varistores.

O SiC puro é incolor e apresenta uma estrutura cristalina cúbica. Ele pode ser cultivado como cristais únicos monocristalinos usando o método Lely e, ocasionalmente, cortado em gemas de moissanita sintética para uso em joias.