مميزات كربيد السيليكون

الموصلية الحرارية

الموصلية الحرارية هي مقياس لمدى سهولة نقل الحرارة عبر المادة. هذه خاصية أساسية لأشباه الموصلات، لأنها تشير إلى مدى قدرة المادة على تبديد الحرارة بشكل فعال (تراكم الحرارة بسبب زيادة الطاقة بسبب زيادة التيار)، وبالتالي زيادة قدرات الجهد والتيار.

تبلغ الموصلية الحرارية للسيليكون 130 واط/(م⋅ك)، وهي أقل بكثير من كربيد السيليكون (490 واط/(م⋅ك)، مما يسمح لأشباه الموصلات من كربيد السيليكون بتبديد الحرارة بكفاءة أكبر وتحمل جهد التشغيل الأعلى.

التمدد الحراري

يحدث التمدد الحراري عندما يتغير شكل المادة أو حجمها - ولكن لا يتغير طورها - نتيجة لتغير في درجة الحرارة، مثل التحول من سائل إلى غاز. من الأمثلة الشائعة وضع الماء الساخن على غطاء الزجاجة العالق للسماح له بالانتفاخ لسهولة الفتح.

يتمتع كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض جدًا، مما يعني أنه يحتفظ بشكله وقوته وأدائه بشكل أفضل عند درجات الحرارة العالية (والفولتية العالية)، وهو ما قد لا يتمكن السيليكون من القيام به.

قوة المجال الكهربائي

هناك خاصيتان رئيسيتان أخريان لأشباه الموصلات ذات الصلة وهما فجوة نطاق المادة وأقصى شدة للمجال الكهربائي.

في جزيء مادة شبه موصلة، تتحرك الإلكترونات بين نطاقات مختلفة: وهي المساحة التي يجب أن تشغلها لأنه لا توجد حالة طاقة بين النطاقات. فجوة النطاق (أو فجوة الطاقة) هي الطاقة اللازمة للإلكترون للانتقال من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مما يسمح بتوصيل الكهرباء. عندما تتلقى أشباه الموصلات الطاقة الكهربائية وتدخل هذه الحالة الموصلة، فإنها تظهر خصائص هجينة عازلة / موصلة فريدة من نوعها.

تحتوي أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون على فجوة طاقة أعلى بثلاث مرات من أشباه الموصلات القائمة على السيليكون، مما يسمح لها بتحمل قوى مجال كهربائي أعلى من السيليكون، مما يسمح لها بالعمل عند فولتات ودرجات حرارة أعلى.

تحتوي أشباه الموصلات من كربيد السيليكون على فجوة طاقة كبيرة ويمكنها تحمل الحرارة وتبديدها بشكل أفضل من أشباه الموصلات القائمة على السيليكون. لديهم أيضًا مزايا أخرى:

تعد فجوة الطاقة العالية في كربيد السيليكون مفيدة جدًا في التطبيقات عالية الطاقة لأن فجوة الطاقة الأعلى تسمح لأجهزة أشباه الموصلات الأصغر بأداء تشغيلي أعلى.

بالنسبة للثنائيات، وهي نوع شائع من أجهزة أشباه الموصلات، فإن جهد الانهيار هو الجهد الذي يمكن أن يتدفق عنده تيار مطبق معكوس عبر الصمام الثنائي. إن جهد الانهيار العالي لكربيد السيليكون يجعله مثاليًا للدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة.

يؤدي هذا إلى ميزة أخرى مهمة لأشباه الموصلات في الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET): وقت الاسترداد العكسي. إذا دخل MOSFET في حالة انحياز عكسي، فإن الوقت المستغرق للعودة إلى الحالة الطبيعية يُعرف باسم وقت الاسترداد العكسي. خلال هذا الوقت، يمكن أن يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس ويتعرض النظام لفقدان الطاقة. في هذه الحالات، تتمتع أجهزة SiC بأوقات استرداد عكسية سريعة للغاية وفقدان طاقة ضئيل، وهو ما لا ينطبق على أجهزة Si.

كربيد السيليكون أكثر مرونة من السيليكون من حيث المنشطات (إضافة الشوائب). ويمكن تخصيصه لتوصيل الكهرباء فقط في ظل ظروف محددة، مثل الضوء الذي يخضع لكثافة معينة (الأشعة تحت الحمراء أو المرئية أو فوق البنفسجية)، مما يجعل أشباه الموصلات من كربيد السيليكون أكثر تنوعًا.