התכונות של סיליקון קרביד

מוליכות תרמית

מוליכות תרמית היא מדד לאיזו קלות מועבר חום דרך חומר. זוהי תכונה מרכזית של מוליכים למחצה, שכן היא מציינת את המידה שבה חומר מסוגל לפזר חום ביעילות (צבירת חום עקב הספק מוגבר עקב עלייה בזרם), ובכך להגדיל את יכולות המתח והזרם שלו.

המוליכות התרמית של סיליקון היא 130 W/(m⋅K), שהיא נמוכה משמעותית מזו של סיליקון קרביד (490 W/(m⋅K), מה שמאפשר למוליכים למחצה סיליקון קרביד לפזר חום בצורה יעילה יותר ולעמוד בפני מתחי פעולה גבוהים יותר.

התפשטות תרמית

התפשטות תרמית היא כאשר חומר משנה צורה או גודל - אך אינו משנה פאזה - עקב שינוי בטמפרטורה, כגון מנוזל לגז. דוגמה נפוצה היא החלת מים חמים על מכסה בקבוק תקוע כדי לאפשר לו להתנפח לפתיחה קלה.

לסיליקון קרביד יש מקדם התפשטות תרמית נמוך מאוד, מה שאומר שהוא שומר על צורתו, חוזקו וביצועיו טוב יותר בטמפרטורות גבוהות (ומתחים גבוהים), מה שאולי הסיליקון לא יוכל לעשות.

חוזק שדה חשמלי

שני מאפיינים מרכזיים ורלוונטיים של מוליכים למחצה נוספים הם פער הפס של החומר וחוזק השדה החשמלי המרבי.

במולקולת חומר מוליכים למחצה, אלקטרונים נעים בין פסים שונים: השטח שהם חייבים לתפוס כי אין מצב אנרגיה בין הפסים. פער הלהקה (או פער האנרגיה) הוא האנרגיה הנדרשת לאלקטרון לבצע את המעבר מפס הערכיות לפס ההולכה, המאפשר הולכת חשמל. כאשר מוליכים למחצה מקבלים אנרגיה חשמלית ונכנסים למצב מוליך זה, הם מציגים תכונות היברידיות ייחודיות של מבודד/מוליכים.

למוליכים למחצה סיליקון קרביד יש פער אנרגיה גבוה פי שלושה ממוליכים למחצה מבוססי סיליקון, מה שמאפשר להם לעמוד בעוצמות שדה חשמליות גבוהות יותר מסיליקון, מה שמאפשר להם לפעול במתחים ובטמפרטורות גבוהות יותר.

למוליכים למחצה סיליקון קרביד יש פער אנרגיה גדול והם יכולים לעמוד ולפזר חום טוב יותר מאשר מוליכים למחצה מבוססי סיליקון. יש להם גם יתרונות נוספים:

פער האנרגיה הגבוה של סיליקון קרביד שימושי מאוד ביישומים בעלי הספק גבוה מכיוון שפער האנרגיה הגבוה מאפשר התקני מוליכים למחצה קטנים יותר עם ביצועים תפעוליים גבוהים יותר.

עבור דיודות, סוג נפוץ של התקן מוליכים למחצה, מתח ההתמוטטות הוא המתח שבו זרם מופעל הפוך יכול לזרום דרך הדיודה. מתח הפירוק הגבוה של סיליקון קרביד הופך אותו לאידיאלי עבור MOSFETs.

זה מוביל לתכונה חשובה נוספת של מוליכים למחצה ב-MOSFETs: זמן התאוששות הפוך. אם ה-MOSFET עובר למצב הטיה הפוכה, הזמן שלוקח לחזור למצב הרגיל ידוע כזמן התאוששות הפוך. במהלך זמן זה, הזרם יכול לזרום בכיוון ההפוך והמערכת חווה אובדן אנרגיה. במקרים אלה, למכשירי SiC יש זמני התאוששות הפוכים מהירים ביותר ואובדני אנרגיה זניחים, מה שלא קורה במכשירי Si.

סיליקון קרביד גמיש יותר מסיליקון מבחינת סימום (הוספת זיהומים). ניתן להתאים אותו להוליך חשמל רק בתנאים ספציפיים, כגון אור שעובר עוצמה מסוימת (אינפרא אדום, גלוי או אולטרה סגול), מה שהופך את מוליכים למחצה של סיליקון קרביד למגוון יותר.