Piikarbidin ominaisuudet

Lämmönjohtavuus

Lämmönjohtavuus on mitta siitä, kuinka helposti lämpö siirtyy materiaalin läpi. Tämä on puolijohteiden keskeinen ominaisuus, koska se osoittaa, missä määrin materiaali pystyy tehokkaasti haihduttamaan lämpöä (lämmön kerääntyminen lisääntyneen virran vuoksi lisääntyneestä tehosta), mikä lisää sen jännite- ja virtakykyä.

Piin lämmönjohtavuus on 130 W/(m⋅K), mikä on huomattavasti pienempi kuin piikarbidin (490 W/(m⋅K), mikä mahdollistaa piikarbidin puolijohteiden tehokkaamman lämmönpoiston ja korkeamman käyttöjännitteen kestävän.

Lämpölaajeneminen

Lämpölaajeneminen on sitä, kun materiaali muuttaa muotoa tai kokoa – mutta ei muuta faasia – lämpötilan muutoksen seurauksena, esimerkiksi nesteestä kaasuksi. Yleinen esimerkki on kuuman veden levittäminen juuttuun pullon korkkiin, jotta se turpoaa, jotta se on helppo avata.

Piikarbidilla on erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tarkoittaa, että se säilyttää muotonsa, lujuutensa ja suorituskykynsä paremmin korkeissa lämpötiloissa (ja korkeissa jännitteissä), mitä pii ei ehkä pysty tekemään.

Sähkökentän voimakkuus

Kaksi muuta keskeistä ja merkityksellistä puolijohteen ominaisuutta ovat materiaalin kaistaväli ja suurin sähkökentän voimakkuus.

Puolijohdemateriaalimolekyylissä elektronit liikkuvat eri vyöhykkeiden välillä: alueen, joka niiden on vietävä, koska vyöhykkeiden välillä ei ole energiatilaa. Kaistaväli (tai energiarako) on energia, joka tarvitaan elektronin siirtymiseen valenssikaistalta johtavuuskaistalle, mikä mahdollistaa sähkön johtamisen. Kun puolijohteet vastaanottavat sähköenergiaa ja siirtyvät tähän johtavaan tilaan, niillä on ainutlaatuisia eristeen/johteen hybridiominaisuuksia.

Piikarbidipuolijohteiden energiarako on kolme kertaa suurempi kuin piipohjaisilla puolijohteilla, minkä ansiosta ne kestävät piitä suurempia sähkökenttävoimakkuuksia, jolloin ne voivat toimia korkeammissa jännitteissä ja lämpötiloissa.

Piikarbidipuolijohteilla on suuri energiarako ja ne kestävät ja haihduttavat lämpöä paremmin kuin piipohjaiset puolijohteet. Niillä on myös muita etuja:

Piikarbidin suuri energiarako on erittäin hyödyllinen suuritehoisissa sovelluksissa, koska suurempi energiarako mahdollistaa pienempiä puolijohdelaitteita, joilla on korkeampi toimintakyky.

Diodeissa, jotka ovat yleinen puolijohdelaite, läpilyöntijännite on jännite, jolla käänteinen syötetty virta voi virrata diodin läpi. Piikarbidin korkea läpilyöntijännite tekee siitä ihanteellisen MOSFET:ille.

Tämä johtaa toiseen tärkeään puolijohdeominaisuuteen MOSFET:issä: käänteiseen palautumisaikaan. Jos MOSFET menee käänteiseen bias-tilaan, normaalitilaan palaamiseen kuluvaa aikaa kutsutaan käänteiseksi palautumisajaksi. Tänä aikana virta voi virrata vastakkaiseen suuntaan ja järjestelmä kokee energiahäviötä. Näissä tapauksissa SiC-laitteilla on erittäin nopeat käänteiset palautumisajat ja mitättömät energiahäviöt, mikä ei ole Si-laitteiden tapauksessa.

Piikarbidi on dopingin (epäpuhtauksien lisäämisen) suhteen joustavampi kuin pii. Se voidaan räätälöidä johtamaan sähköä vain tietyissä olosuhteissa, kuten tietyn intensiteetin (infrapuna, näkyvä tai ultravioletti) läpikäyvässä valossa, mikä tekee piikarbidipuolijohteista monipuolisempia.