Las características del carburo de silicio

Conductividad térmica

La conductividad térmica es una medida de la facilidad con la que se transfiere calor a través de un material. Esta es una propiedad clave de los semiconductores, ya que indica hasta qué punto un material es capaz de disipar eficazmente el calor (acumulación de calor debido al aumento de potencia debido al aumento de corriente), aumentando así sus capacidades de voltaje y corriente.

La conductividad térmica del silicio es 130 W/(m⋅K), que es significativamente menor que la del carburo de silicio (490 W/(m⋅K), lo que permite a los semiconductores de carburo de silicio disipar el calor de manera más eficiente y soportar voltajes de funcionamiento más altos.

Expansión térmica

La expansión térmica ocurre cuando un material cambia de forma o tamaño, pero no cambia de fase, debido a un cambio de temperatura, como de líquido a gas. Un ejemplo común es aplicar agua caliente a la tapa de una botella atascada para permitir que se hinche y pueda abrirse fácilmente.

El carburo de silicio tiene un coeficiente de expansión térmica muy bajo, lo que significa que conserva mejor su forma, resistencia y rendimiento a altas temperaturas (y altos voltajes), algo que el silicio quizás no pueda hacer.

Intensidad del campo eléctrico

Otras dos propiedades semiconductoras clave y relevantes son la banda prohibida del material y la intensidad máxima del campo eléctrico.

En una molécula de material semiconductor, los electrones se mueven entre diferentes bandas: el área que deben ocupar porque no existe ningún estado energético entre las bandas. La banda prohibida (o brecha de energía) es la energía necesaria para que un electrón haga la transición de la banda de valencia a la banda de conducción, permitiendo conducir la electricidad. Cuando los semiconductores reciben energía eléctrica y entran en este estado conductor, exhiben propiedades híbridas únicas de aislante/conductor.

Los semiconductores de carburo de silicio tienen una brecha de energía tres veces mayor que los semiconductores basados ​​en silicio, lo que les permite soportar intensidades de campo eléctrico más altas que el silicio, lo que les permite operar a voltajes y temperaturas más altos.

Los semiconductores de carburo de silicio tienen una gran brecha energética y pueden soportar y disipar el calor mejor que los semiconductores basados ​​en silicio. También tienen otras ventajas:

La alta brecha de energía del carburo de silicio es muy útil en aplicaciones de alta potencia porque la mayor brecha de energía permite dispositivos semiconductores más pequeños con un mayor rendimiento operativo.

Para los diodos, un tipo común de dispositivo semiconductor, el voltaje de ruptura es el voltaje al que una corriente aplicada invertida puede fluir a través del diodo. El alto voltaje de ruptura del carburo de silicio lo hace ideal para MOSFET.

Esto conduce a otra característica importante de los semiconductores en los MOSFET: el tiempo de recuperación inverso. Si el MOSFET entra en un estado de polarización inversa, el tiempo que tarda en volver al estado normal se conoce como tiempo de recuperación inversa. Durante este tiempo, la corriente puede fluir en dirección opuesta y el sistema experimenta una pérdida de energía. En estos casos, los dispositivos de SiC tienen tiempos de recuperación inversa extremadamente rápidos y pérdidas de energía insignificantes, lo que no ocurre con los dispositivos de Si.

El carburo de silicio es más flexible que el silicio en términos de dopaje (adición de impurezas). Se puede personalizar para conducir electricidad sólo en condiciones específicas, como luz que experimenta una intensidad específica (infrarroja, visible o ultravioleta), lo que hace que los semiconductores de carburo de silicio sean más versátiles.