Silisyum Karbür Malzemelerin Özellikleri

Silisyum Karbür Malzemelerin Özellikleri

SiC (silisyum karbür), silisyum (Si) ve karbondan (C) oluşan bir bileşik yarı iletkendir. Si ile karşılaştırıldığında, SiC'nin dielektrik bozulma alan dayanımı on kat, bant aralığı üç kat ve termal iletkenliği üç kat daha fazladır. Yarı iletken malzemelerde cihaz yapıları oluşturmak için gerekli p tipi ve n tipi bölgeler SiC'de oluşturulabilir. Bu özellikler, SiC'yi, Si muadillerinin çok ötesinde performansa sahip güç cihazları üretmek için kullanılabilen oldukça çekici bir malzeme haline getirir. SiC cihazları daha yüksek bozulma voltajına dayanabilir, daha düşük özdirençliliğe sahip olabilir ve daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir.

SiC, 3C SiC, 6H SiC ve 4H SiC gibi politipler olarak bilinen çeşitli polimorfik kristal yapılarda bulunur. Şu anda, 4H SiC genellikle gerçek güç cihazı üretiminde tercih edilen seçimdir. Çapları 3 inçten 6 inçe kadar değişen tek kristal 4H SiC yongaları ticari olarak mevcuttur.

Güç cihazlarında silisyum karbür malzemelerin kullanılmasının avantajları

Dielektrik bozulma alan gücü Si'ninkinden yaklaşık 10 kat daha yüksektir. SiC cihazları daha ince kayma katmanları ve/veya daha yüksek doping konsantrasyonları ile yapılabilir, bu da çok yüksek bozulma voltajlarına (600V ve üzeri) sahip oldukları ve silikon cihazlara kıyasla çok düşük dirençlere sahip oldukları anlamına gelir. Yüksek voltajlı cihazların direnci esas olarak kayma bölgesinin genişliği tarafından belirlenir. Teoride, aynı bozulma voltajı altında, SiC kayma katmanının birim alan direncini Si'ye kıyasla 1/300'e düşürebilir.

Yüksek voltaj ve yüksek akım uygulamaları için en popüler silikon güç aygıtı IGBT'dir (Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörü). IGBT kullanılarak, anahtarlama performansından ödün verilerek yüksek arıza voltajı altında düşük direnç elde edildi. İletim direncini azaltmak için sürüklenme bölgesine az sayıda yük taşıyıcısı enjekte edilir. Transistör kapatıldığında, bu taşıyıcıların yeniden birleşip "dağılması" zaman alır, böylece anahtarlama kayıpları ve süresi artar. Buna karşılık, MOSFET'ler çoğunluk taşıyıcı aygıtlarıdır. SiC'nin yüksek arıza alanı ve taşıyıcı konsantrasyonundan yararlanarak, SiC MOSFET'ler güç anahtarlarının üç ideal özelliğini, yani yüksek voltaj, düşük direnç ve hızlı anahtarlama hızını birleştirebilir.

Daha büyük bir bant aralığı ayrıca SiC cihazlarının daha yüksek sıcaklıklarda çalışabileceği anlamına gelir. SiC cihazları için şu anda garanti edilen çalışma sıcaklığı 150 santigrat derece ile 175 santigrat derece arasındadır. Bu, esas olarak ambalajın termal güvenilirliğinden kaynaklanmaktadır. Uygun şekilde paketlenirlerse, 200 santigrat derece veya daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler.

www.superbheater.com