Детали блога

Когда люди слышат терминкарбид кремния, илиSiCПервое, что приходит на ум, это шлифовальное колесо карбида кремния, известное как карборунд.Кремниевый карбид давно широко используется в абразивах, шлифовальные инструменты, огнеупорные материалы и функциональная керамика.

В предыдущей статье мы обсуждали историю кристаллов карбида кремния как драгоценных камней любви.полупроводниковый материал.

Что такое полупроводник?

Полупроводники являются важными компонентами практически всех электронных схем.,Проводимость полупроводника также может варьироваться в зависимости от его рабочей температуры или примеси, введенных во время производственного процесса.

Классификация материалов по электрической проводимости

Строго говоря, электрическая проводимость определяетсяструктура энергетической полосыСледовательно, стандартное определение полупроводника должно быть объяснено с точки зрения энергетических диапазонов.

Как показано на диаграмме энергетической полосы проводников, полупроводников и изоляторов, проводящая полоса и валентная полоса проводника перекрываются.Разница в энергии между субструктурами полос очень мала., поэтому для возбуждения электронов в проводящую полосу и формирования направленного электрического тока требуется только небольшое количество энергии, например, внешнее электрическое поле.

В отличие от этого, полупроводник имеет запрещенную полосу или полосу между проводящей полосой и валентной полосой.Электроны должны получать энергию больше, чем разрыв в полосе, чтобы быть возбуждены в проводящей полосеВ целом диапазон полосы пропускания полупроводников колеблется от 0 до 6,5 eV. Однако изоляторы имеют очень большой диапазон пропускания, обычно порядка более 10 eV.что очень затрудняет возбуждение электронов в проводящей полосеВ результате изоляторы не проводят электричество.

Это показывает, что специальная проводимость полупроводников, которая находится между проводниками и изоляторами, определяется их структурой энергетической полосы.

Диаграмма структуры энергетической полосы

Полупроводники могут быть изготовлены из чистых элементов, наиболее распространенными примерами являются кремний и германий.карбид кремния (SiC)иарсенид галлия (GaAs).

Ранние полупроводниковые устройства в основном изготавливались из германия.Он постепенно приближается к физическим пределам самого кремния.В результате, новые материалы становятся сильными конкурентами кремния, и карбид кремния является одним из самых перспективных из них.

Теперь давайте посмотрим на преимущества SiC по сравнению с кремниевым.

Уникальная структура силикона определяет его превосходные свойства

SiC - это соединенный полупроводниковый материал, состоящий из атомов углерода и атомов кремния в стехиометрическом соотношении 1:1.такие как SiC4 или CSi4В этой плотной структуре четыре атома кремния образуют тетраэдр с одним атомом углерода в центре.

Атомная структура SiC

Структура материала определяет его свойства, а его свойства определяют его применение.Именно уникальная атомная структура SiC дает ему отличные физические и химические свойства.

Ниже приведены несколько ключевых свойств SiC, включая критическую прочность разрушения, полосу разрыва и теплопроводность.

1Высокая устойчивость к критическому разрушению

SiC имеет очень высокую критическую прочность на разрыв. Это означает, что он может выдерживать более высокие напряжения, сохраняя при этом одно и то же номинальное напряжение и уменьшая требования к изоляции в упаковке.Он также позволяет компонентам достичь блокирующего напряжения, которое может быть порядком величины выше, чем те, которые возможны с кремниевым, без значительного увеличения размера упаковки.

Источник изображения: Интернет

2. Широкополосный разрыв

Одной из ключевых характеристик полупроводника является егоэнергетический разрыв, также известный какразрыв в полосеПробел в полосе измеряется в электроновльтах, или eV, где 1 eV примерно равен 1,602 × 10−19 джоулей.

Пробел в диапазоне SiC составляет около3.26 eV, в то время как кремниевой примерно1.12 eVПо сравнению с традиционными полупроводниковыми материалами, такими как кремний и ГаА, полупроводники третьего поколения с широким диапазоном пропускания, представленные SiC, позволяют создавать электронные продукты.особенно электротехнические устройстваЭто делает устройства быстрее, меньше и более надежными.

Источник изображения: Интернет

3Высокая теплопроводность

Теплопроводность является важным свойством полупроводниковых материалов. Чем выше теплопроводность, тем легче полупроводнику рассеивать тепло, генерируемое во время работы.

Это позволяет компонентам, изготовленным из материалов с хорошей теплопроводностью, быть меньше и улучшает тепловое управление всей системы.430 W/m·K, в то время как кремниевой примерно150 W/m·K.

Источник изображения: Интернет

Карбид кремния как полупроводник

Мы уже обсуждали многие применения SiC, включая огнеупорные материалы, абразивы и функциональную керамику.Наиболее интересным применением SiC является его эффективность в качестве мощного полупроводникового материала для устройств, таких как:MOSFETиДиоды барьера Шоттки (SBD).

Благодаря своей высокой прочности к разложению, широкому диапазону разрывов и отличной теплопроводности, SiC может превосходить такие материалы, как кремний, германий и галлиевый арсенид во многих сложных приложениях.

Поскольку технологии производства продолжают развиваться, карбид кремния стремительно становится перспективной новой звездой в области полупроводниковых материалов.