Các tính năng của cacbua silic

Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt là thước đo mức độ dễ dàng truyền nhiệt qua vật liệu. Đây là đặc tính quan trọng của chất bán dẫn, vì nó cho biết mức độ mà vật liệu có thể tản nhiệt hiệu quả (tích tụ nhiệt do tăng công suất do dòng điện tăng), do đó làm tăng điện áp và khả năng dòng điện của nó.

Độ dẫn nhiệt của silicon là 130 W/(m⋅K), thấp hơn đáng kể so với silicon cacbua (490 W/(m⋅K), cho phép chất bán dẫn cacbua silic tản nhiệt hiệu quả hơn và chịu được điện áp hoạt động cao hơn.

Sự giãn nở nhiệt

Sự giãn nở nhiệt là khi vật liệu thay đổi hình dạng hoặc kích thước – nhưng không thay đổi pha – do sự thay đổi nhiệt độ, chẳng hạn như từ chất lỏng sang chất khí. Một ví dụ phổ biến là chườm nước nóng vào nắp chai bị kẹt để nó phồng lên và dễ dàng mở ra.

Cacbua silic có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, có nghĩa là nó giữ được hình dạng, độ bền và hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao (và điện áp cao), điều mà silicon có thể không làm được.

Cường độ điện trường

Hai tính chất bán dẫn quan trọng và có liên quan khác là độ rộng vùng cấm của vật liệu và cường độ điện trường cực đại.

Trong phân tử vật liệu bán dẫn, các electron di chuyển giữa các dải khác nhau: diện tích mà chúng phải chiếm giữ vì không có trạng thái năng lượng giữa các dải. Khe năng lượng (hay khe năng lượng) là năng lượng cần thiết để một electron thực hiện quá trình chuyển đổi từ vùng hóa trị sang vùng dẫn, cho phép dẫn điện. Khi chất bán dẫn nhận năng lượng điện và đi vào trạng thái dẫn điện này, chúng thể hiện các đặc tính lai chất cách điện/dây dẫn độc đáo.

Chất bán dẫn cacbua silic có khoảng cách năng lượng cao gấp ba lần so với chất bán dẫn gốc silicon, điều này cho phép chúng chịu được cường độ điện trường cao hơn silicon, cho phép chúng hoạt động ở điện áp và nhiệt độ cao hơn.

Chất bán dẫn cacbua silic có khe năng lượng lớn và có thể chịu được và tản nhiệt tốt hơn chất bán dẫn gốc silicon. Họ cũng có những lợi thế khác:

Khe năng lượng cao của cacbua silic rất hữu ích trong các ứng dụng công suất cao vì khe năng lượng cao hơn cho phép các thiết bị bán dẫn nhỏ hơn có hiệu suất hoạt động cao hơn.

Đối với điốt, một loại thiết bị bán dẫn phổ biến, điện áp đánh thủng là điện áp mà tại đó dòng điện ngược có thể chạy qua điốt. Điện áp đánh thủng cao của cacbua silic khiến nó trở nên lý tưởng cho MOSFET.

Điều này dẫn đến một tính năng bán dẫn quan trọng khác trong MOSFET: thời gian phục hồi ngược. Nếu MOSFET chuyển sang trạng thái phân cực ngược thì thời gian cần thiết để trở về trạng thái bình thường được gọi là thời gian phục hồi ngược. Trong thời gian này, dòng điện có thể chạy theo hướng ngược lại và hệ thống bị mất năng lượng. Trong những trường hợp này, thiết bị SiC có thời gian phục hồi ngược cực nhanh và tổn thất năng lượng không đáng kể, điều này không xảy ra với thiết bị Si.

Cacbua silic linh hoạt hơn silicon về mặt pha tạp (thêm tạp chất). Nó có thể được tùy chỉnh để chỉ dẫn điện trong những điều kiện cụ thể, chẳng hạn như ánh sáng trải qua một cường độ cụ thể (hồng ngoại, nhìn thấy hoặc tia cực tím), điều này làm cho chất bán dẫn cacbua silic trở nên linh hoạt hơn.