Les característiques del carbur de silici

Conductivitat tèrmica

La conductivitat tèrmica és una mesura de la facilitat amb què es transfereix la calor a través d'un material. Aquesta és una propietat clau dels semiconductors, ja que indica fins a quin punt un material és capaç de dissipar la calor de manera efectiva (acumulació de calor a causa de l'augment de potència a causa de l'augment del corrent), augmentant així les seves capacitats de tensió i corrent.

La conductivitat tèrmica del silici és de 130 W/(m⋅K), que és significativament inferior a la del carbur de silici (490 W/(m⋅K), cosa que permet que els semiconductors de carbur de silici dissipin la calor de manera més eficient i suportin tensions de funcionament més altes.

Expansió tèrmica

L'expansió tèrmica és quan un material canvia de forma o mida, però no canvia de fase, a causa d'un canvi de temperatura, com ara d'un líquid a un gas. Un exemple comú és aplicar aigua calenta a un tap d'ampolla enganxat per permetre que s'infle per facilitar l'obertura.

El carbur de silici té un coeficient d'expansió tèrmica molt baix, la qual cosa significa que conserva millor la seva forma, resistència i rendiment a altes temperatures (i alts voltatges), cosa que el silici pot no ser capaç de fer.

Intensitat del camp elèctric

Altres dues propietats clau i rellevants dels semiconductors són la banda buida del material i la força màxima del camp elèctric.

En una molècula de material semiconductor, els electrons es mouen entre diferents bandes: l'àrea que han d'ocupar perquè no hi ha estat d'energia entre les bandes. La bretxa de banda (o bretxa d'energia) és l'energia necessària perquè un electró faci la transició de la banda de valència a la banda de conducció, permetent que l'electricitat sigui conduïda. Quan els semiconductors reben energia elèctrica i entren en aquest estat conductor, presenten propietats híbrides úniques aïllant/conductor.

Els semiconductors de carbur de silici tenen una bretxa d'energia tres vegades més gran que els semiconductors de silici, la qual cosa els permet suportar intensitats de camp elèctric més altes que el silici, cosa que els permet funcionar a voltatges i temperatures més altes.

Els semiconductors de carbur de silici tenen una gran bretxa d'energia i poden suportar i dissipar la calor millor que els semiconductors de silici. També tenen altres avantatges:

La bretxa d'alta energia del carbur de silici és molt útil en aplicacions d'alta potència perquè la bretxa d'energia més gran permet dispositius semiconductors més petits amb un rendiment operatiu més elevat.

Per als díodes, un tipus comú de dispositiu semiconductor, la tensió de ruptura és la tensió a la qual un corrent aplicat invertit pot fluir a través del díode. L'elevat voltatge de ruptura del carbur de silici el fa ideal per a MOSFET.

Això condueix a una altra característica important dels semiconductors en els MOSFET: el temps de recuperació inversa. Si el MOSFET entra en un estat de polarització inversa, el temps que triga a tornar a l'estat normal es coneix com a temps de recuperació inversa. Durant aquest temps, el corrent pot fluir en sentit contrari i el sistema experimenta pèrdua d'energia. En aquests casos, els dispositius SiC tenen temps de recuperació inversa extremadament ràpids i pèrdues d'energia insignificants, cosa que no és el cas dels dispositius Si.

El carbur de silici és més flexible que el silici pel que fa al dopatge (afegir impureses). Es pot personalitzar per conduir l'electricitat només en condicions específiques, com ara la llum que pateix una intensitat específica (infraroja, visible o ultraviolada), cosa que fa que els semiconductors de carbur de silici siguin més versàtils.