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Quando la gente sente il terminecarburo di silicio, oSiC, la prima cosa che può venire in mente è una rulliera al carburo di silicio, comunemente conosciuta come carborondone.il carburo di silicio è stato a lungo ampiamente utilizzato negli abrasivi, attrezzi da macinare, materiali refrattari e ceramiche funzionali.

Nell'articolo precedente, abbiamo discusso la storia dei cristalli di carburo di silicio come ¢ amore pietre preziose. ¢ In questo articolo, ci concentreremo sul carburo di silicio come unmateriale semiconduttore.

Cos'è un semiconduttore?

I semiconduttori sono componenti essenziali di quasi tutti i circuiti elettronici.,La conduttività di un semiconduttore può variare anche a seconda della sua temperatura di funzionamento o delle impurità introdotte durante il processo di produzione.

Classificazione dei materiali per conduttività elettrica

In senso stretto, la conduttività elettrica è determinata dallastruttura della banda energeticaPertanto, la definizione standard di semiconduttore dovrebbe essere spiegata dal punto di vista delle bande di energia.

Come mostrato nel diagramma della banda di energia di conduttori, semiconduttori e isolanti, la banda di conduzione e la banda di valenza di un conduttore si sovrappongono.La differenza di energia tra le sottostrutture delle bande è molto piccola, quindi è necessaria solo una piccola quantità di energia, come un campo elettrico esterno, per eccitare gli elettroni nella banda di conduzione e formare una corrente elettrica direzionale.

Al contrario, un semiconduttore ha una banda proibita, o intervallo di banda, tra la banda di conduzione e la banda di valenza.Gli elettroni devono ricevere energia maggiore del gap di banda per essere eccitati nella banda di conduzioneIn generale, il gap di banda dei semiconduttori varia da 0 a 6,5 eV. Gli isolanti, tuttavia, hanno un gap di banda molto ampio, di solito dell'ordine di più di 10 eV.rendendo molto difficile per gli elettroni essere eccitati nella banda di conduzioneDi conseguenza, gli isolanti non conducono facilmente l'elettricità.

Ciò dimostra che la conduttività speciale dei semiconduttori, che si trova tra conduttori e isolanti, è determinata dalla loro struttura di banda energetica.

Diagramma della struttura della banda energetica

I semiconduttori possono essere realizzati da elementi puri, con il silicio e il germanio come esempi più comuni.carburo di silicio (SiC)- eArsenuro di gallio (GaAs).

I primi dispositivi semiconduttori erano principalmente realizzati in germanio. In seguito, il silicio divenne il materiale semiconduttore più utilizzato.si è gradualmente avvicinato ai limiti fisici del silicio stessoDi conseguenza, nuovi materiali stanno emergendo come forti concorrenti del silicio, e il carburo di silicio è uno dei più promettenti tra loro.

Esaminiamo ora i vantaggi del SiC rispetto al silicio.

La struttura unica del SiC ne determina le proprietà superiori

Il SiC è un materiale semiconduttore composto composto da atomi di carbonio e atomi di silicio in un rapporto stechiometrico di 1: 1.come SiC4 o CSi4In questa struttura densa, quattro atomi di silicio formano un tetraedro, con un atomo di carbonio nel centro.

Struttura atomica del SiC

La struttura di un materiale determina le sue proprietà e le sue proprietà determinano le sue applicazioni.È proprio la struttura atomica unica del SiC che gli conferisce eccellenti proprietà fisiche e chimiche.

Di seguito sono riportate diverse proprietà chiave del SiC, tra cui la resistenza critica alla rottura, il gap di banda e la conduttività termica.

1. Alta resistenza critica alla rottura

Il SiC ha una resistenza critica di rottura molto elevata, il che significa che può resistere a tensioni più elevate mantenendo la stessa tensione nominale e riducendo i requisiti di isolamento nel pacchetto.Permette anche ai componenti di raggiungere tensioni di blocco che possono essere di un ordine di grandezza superiore a quelle possibili con il silicio, senza aumentare significativamente le dimensioni del pacchetto.

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2. Larghezza di banda

Una delle caratteristiche chiave di un semiconduttore è la sualacuna energetica, noto anche come ilintervallo di bandaL'intervallo di banda è misurato in volt elettronici, o eV, dove 1 eV è approssimativamente uguale a 1.602 × 10−19 joule.

Il divario di banda di SiC è di circa3.26 eV, mentre quella del silicio è di circa1.12 eVRispetto ai materiali semiconduttori tradizionali come il silicio e il GaAs, i semiconduttori a banda larga di terza generazione rappresentati dal SiC consentono di produrre prodotti elettronici,dispositivi elettronici di potenzaQuesto rende i dispositivi più veloci, più piccoli e più affidabili.

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3. Alta conduttività termica

La conduttività termica è una proprietà importante dei materiali semiconduttori.

Ciò consente ai componenti realizzati con materiali con buona conduttività termica di essere più piccoli e migliora la gestione termica dell'intero sistema.430 W/m·K, mentre quella del silicio è di circa150 W/m·K.

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Carburo di silicio come semiconduttore

Abbiamo già discusso molte applicazioni del SiC, tra cui materiali refrattari, abrasivi e ceramiche funzionali.L'applicazione più interessante del SiC risiede nelle sue prestazioni come materiale semiconduttore di potenza per dispositivi comeMOSFET- eDiodi di barriera di Schottky (SBD).

Grazie alla sua elevata resistenza alla rottura, al suo ampio intervallo di banda e all'eccellente conduttività termica, il SiC può superare materiali come il silicio, il germanio e l'arsenuro di gallio in molte applicazioni impegnative.

Man mano che le tecnologie di produzione continuano a maturare, il carburo di silicio sta rapidamente diventando una nuova stella promettente nel campo dei materiali semiconduttori.