Blog -Details

Wenn die Leute den Begriff hörenSiliziumkarbid, oderSiCDas erste, was in den Sinn kommt, ist ein Siliziumkarbid-Schleifrad, allgemein bekannt als Carborundum.Siliziumkarbid wird seit langem in Schleifstoffen verwendet, Schleifwerkzeuge, feuerfeste Materialien und funktionelle Keramik.

In dem vorherigen Artikel haben wir die Geschichte von Siliziumkarbidkristallen als “Liebe-Edelsteine” diskutiert. In diesem Artikel werden wir uns auf Siliziumkarbid alsHalbleitermaterial.

Was ist ein Halbleiter?

Halbleiter sind wesentliche Bestandteile in fast allen elektronischen Schaltkreisen.,Die Leitfähigkeit eines Halbleiters kann auch je nach Betriebstemperatur oder den während des Herstellungsprozesses eingeführten Verunreinigungen variieren.

Einstufung der Materialien nach elektrischer Leitfähigkeit

Streng genommen wird die elektrische Leitfähigkeit durch dieEnergiebandstrukturDaher sollte die Standarddefinition eines Halbleiters aus der Perspektive der Energiebänder erläutert werden.

Wie im Energiebanddiagramm von Leitern, Halbleitern und Isolatoren gezeigt, überlappen sich das Leitband und das Valenzband eines Leiters.Der Energieunterschied zwischen den Unterstrukturen der Bänder ist sehr gering., so dass nur eine kleine Menge an Energie, wie ein externes elektrisches Feld, benötigt wird, um Elektronen in das Leitband zu erregen und einen gerichteten elektrischen Strom zu bilden.

Im Gegensatz dazu hat ein Halbleiter ein verbotenes Band oder eine Bandlücke zwischen dem Leitband und dem Valenzband.Elektronen müssen Energie erhalten, die größer ist als die Bandlücke, um in das Leitband aufgeregt zu werdenDie Bandlücke von Halbleitern beträgt im Allgemeinen 0 bis 6,5 eV. Isolatoren weisen jedoch eine sehr große Bandlücke auf, die in der Regel im Bereich von mehr als 10 eV liegt.Das macht es sehr schwierig für Elektronen, in das Leitband aufgeregt zu werdenInfolgedessen leiten Isolatoren nicht leicht Elektrizität.

Dies zeigt, daß die besondere Leitfähigkeit von Halbleitern, die zwischen Leiter und Isolator liegt, durch ihre Energiebandstruktur bestimmt wird.

Energiebandstrukturdiagramm

Halbleiter können aus reinen Elementen hergestellt werden, wobei Silizium und Germanium die häufigsten Beispiele sind.Siliziumkarbid (SiC)undGalliumarsenid (GaAs).

Frühe Halbleitergeräte wurden hauptsächlich aus Germanium hergestellt. Später wurde Silizium das am weitesten verbreitete Halbleitermaterial.Es hat sich allmählich den physikalischen Grenzen des Siliziums selbst nähert.Als Ergebnis entstehen neue Materialien als starke Konkurrenten zu Silizium, wobei Siliziumkarbid eines der vielversprechendsten ist.

Schauen wir uns nun die Vorteile von SiC gegenüber Silizium an.

Die einzigartige Struktur von SiC bestimmt seine überlegenen Eigenschaften

SiC ist ein zusammengesetztes Halbleitermaterial, das aus Kohlenstoffatomen und Siliziumatomen in einem 1:1-Steichiometrieverhältnis besteht.wie SiC4 oder CSi4In dieser dichten Struktur bilden vier Siliziumatome ein Tetraeder mit einem Kohlenstoffatom in der Mitte.

Atomstruktur von SiC

Die Struktur eines Materials bestimmt seine Eigenschaften, und seine Eigenschaften bestimmen seine Anwendungen.Gerade die einzigartige Atomstruktur des SiC verleiht ihm hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften.

Nachfolgend sind einige wichtige Eigenschaften von SiC aufgeführt, darunter die kritische Abbaufestigkeit, die Bandlücke und die Wärmeleitfähigkeit.

1. hohe kritische Zerfallstärke

SiC besitzt eine sehr hohe kritische Zerfallsfestigkeit, was bedeutet, dass es höhere Spannungen aushalten kann und gleichzeitig die gleiche Nennspannung beibehält und die Isolationsanforderungen im Paket reduziert.Es ermöglicht auch Komponenten, Blockspannungen zu erreichen, die eine Größenordnung höher sein können als die mit Silizium, ohne die Verpackungsgröße signifikant zu erhöhen.

Bildquelle: Internet

2. Breitband-Lücke

Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Halbleiters ist seineEnergielücke, auch bekannt alsBandlückeDie Bandlücke wird in Elektronenvolt oder eV gemessen, wobei 1 eV etwa 1,602 × 10−19 Joule entspricht.

Die Bandlücke von SiC beträgt ca.3.26 eV, während die des Siliziums etwa1.12 eVVerglichen mit herkömmlichen Halbleitermaterialien wie Silizium und GaAs ermöglichen die durch SiC repräsentierten Breitbandhalbleiter der dritten Generation elektronische Produkte,vor allem LeistungselektronikDies macht Geräte schneller, kleiner und zuverlässiger.

Bildquelle: Internet

3. Hohe Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit ist eine wichtige Eigenschaft von Halbleitermaterialien. Je höher die Wärmeleitfähigkeit, desto leichter ist es für den Halbleiter, die während des Betriebs erzeugte Wärme zu zerstreuen.

Dies ermöglicht es, Bauteile aus Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit kleiner zu machen und das thermische Management des gesamten Systems zu verbessern.430 W/m·K, während die des Siliziums etwa150 W/m·K.

Bildquelle: Internet

Siliziumkarbid als Halbleiter

Wir haben bereits viele Anwendungen von SiC diskutiert, einschließlich feuerfeste Materialien, Schleifstoffe und funktionelle Keramik.Die interessanteste Anwendung von SiC liegt in seiner Leistung als Leistungshalbleitermaterial für Geräte wieMOSFETsundSchottky-Schrankscheiben (SBD).

Dank seiner hohen Zerfallsfestigkeit, seiner breiten Bandlücke und seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit kann SiC in vielen anspruchsvollen Anwendungen Materialien wie Silizium, Germanium und Galliumarsenid übertreffen.

Da die Fertigungstechnologien weiter reifen, steigt Siliziumcarbid rasch auf als vielversprechender neuer Star im Bereich der Halbleitermaterialien.