جزئیات وبلاگ

وقتی مردم این اصطلاح رو میشنوندکربید سیلیکون، یاSiC، اولين چيزي که به ذهن شما مياد چرخ خردکن سيليکونيک کاربايد است که به طور معمول به عنوان کاربورندوم شناخته شده استکربید سیلیکون مدت ها است که به طور گسترده ای در جاروبرقی استفاده می شود، ابزار خرد کردن، مواد آتش گیر و سرامیک های کاربردی.

در مقاله قبلی، ما در مورد داستان کریستال های کربید سیلیکون به عنوان سنگهای قیمتی عشق بحث کردیم.مواد نیمه هادی.

نیمه هادی چیست؟

نیمه هادی ها اجزای اساسی تقریباً در هر مدار الکترونیکی هستند. نیمه هادی یک نوع خاص از ماده است که هادی الکتریکی آن بین هادی یک هادی مانند فلز است.,و یک عایق مانند سرامیک یا پلاستیک. رسانایی یک نیمه هادی همچنین می تواند بسته به دمای کار یا ناخالصی هایی که در طول فرآیند تولید وارد می شود متفاوت باشد.

طبقه بندی مواد بر اساس رسانایی الکتریکی

به طور دقیق، رسانایی الکتریکی توسطساختار باند انرژیبنابراین، تعریف استاندارد نیمه هادی باید از منظر نوارهای انرژی توضیح داده شود.

همانطور که در نمودار باند انرژی هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها نشان داده شده است، باند هادی و باند والانس یک هادی همپوشانی می کنند.تفاوت انرژی بین زیرساخت های باند ها بسیار کوچک است، بنابراین تنها مقدار کمی از انرژی، مانند یک میدان الکتریکی خارجی، برای تحریک الکترون ها در باند هدایت و تشکیل یک جریان الکتریکی جهت دار مورد نیاز است.

در مقابل، یک نیمه هادی یک باند ممنوع یا فاصله بین باند بین باند هدایت و باند ارزش دارد.الکترون ها باید انرژی بیشتری نسبت به فاصله باند دریافت کنند تا به باند رسانا تحریک شوندبه طور کلی، شکاف باند نیمه هادی ها از 0 تا 6.5 eV است. اما عایق ها دارای شکاف باند بسیار بزرگ هستند، معمولا در حد بیش از 10 eV،که باعث می شود برای الکترون ها خیلی سخت باشد که به باند رسانا تحریک شونددر نتیجه، عایق ها به راحتی برق را هدایت نمی کنند.

این نشان می دهد که رسانایی خاص نیمه هادی ها، که بین هادی ها و عایق ها قرار دارد، توسط ساختار باند انرژی آنها تعیین می شود.

نمودار ساختار باند انرژی

نیمه هادی ها می توانند از عناصر خالص ساخته شوند، که رایج ترین نمونه ها سیلیکون و جرمنیوم هستند. آنها همچنین می توانند از مواد ترکیبی مانندکربید سیلیکون (SiC)وآرسنید گالیوم (GaAs).

دستگاه های نیمه هادی اولیه عمدتاً از جرمنیوم ساخته شده بودند. بعداً، سیلیکون به گسترده ترین ماده نیمه هادی استفاده شده تبدیل شد. با این حال، با پیشرفت عملکرد دستگاه های مبتنی بر سیلیکون،به تدریج به محدودیت های فیزیکی سیلیکون نزدیک شده است.در نتیجه، مواد جدید به عنوان رقبای قوی سیلیکون ظهور می کنند و سیلیکون کاربید یکی از امیدوار کننده ترین آنها است.

بیایید حالا به مزایای SiC در مقایسه با سیلیکون نگاه کنیم.

ساختار منحصر به فرد SiC ویژگی های برتر آن را تعیین می کند

سی سی سی یک ماده نیمه هادی ترکیبی است که از اتم های کربن و اتم های سیلیکون در نسبت 1: 1 استیکیومتریک تشکیل شده است. واحد ساختاری اساسی یک کریستال سی سی سی یک ساختار چهارقلو است.مانند SiC4 یا CSi4در این ساختار متراکم، چهار اتم سیلیکون یک تترابیدر را تشکیل می دهند، با یک اتم کربن در مرکز قرار دارد.

ساختار اتمی SiC

ساختار یک ماده ویژگی های آن را تعیین می کند و ویژگی های آن کاربرد آن را تعیین می کند.دقیقا ساختار اتمی منحصر به فرد SiC است که خواص فیزیکی و شیمیایی عالی را به آن می دهد.

در زیر چند ویژگی کلیدی SiC، از جمله قدرت تجزیه بحرانی، شکاف باند و رسانایی حرارتی ذکر شده است.

1. قدرت فشرده سازی بسیار بالا

سی سی سی دارای یک مقاومت تجزیه بسیار بالا است. این بدان معنی است که می تواند در برابر ولتاژ های بالاتر در حالی که ولتاژ نامینی را حفظ می کند و نیازهای عایق بندی را در بسته کاهش می دهد.همچنین اجازه می دهد تا اجزای به دست آوردن ولتاژ های مسدود کردن است که می تواند یک نظم از بزرگی بالاتر از کسانی که ممکن است با سیلیکونبدون افزایش قابل توجهی در اندازه بسته.

منبع تصویر: اینترنت

2. فاصله باند گسترده

یکی از ویژگی های کلیدی یک نیمه هادی این است کهشکاف انرژی، که به عنوانشکاف باندشکاف باند در الکترون ولت یا eV اندازه گیری می شود، که در آن 1 eV تقریبا برابر با 1.602 × 10−19 ژول است.

فاصله باند SiC حدود3.26 eV، در حالی که سیلیکون حدود1.12 eVدر مقایسه با مواد نیمه هادی سنتی مانند سیلیکون و GaAs، نیمه هادی های نسل سوم که توسط SiC نشان داده می شود، محصولات الکترونیکی را قادر می سازد.به خصوص دستگاه های الکتریکی قدرت، برای کار در ولتاژ های بالاتر، دمای بالاتر و فرکانس های بالاتر. این باعث می شود دستگاه ها سریعتر، کوچکتر و قابل اعتماد تر باشند.

منبع تصویر: اینترنت

3. رسانایی حرارتی بالا

رسانایی حرارتی یک خاصیت مهم مواد نیمه هادی است. هرچه رسانایی حرارتی بالاتر باشد، برای نیمه هادی آسان تر است که گرما تولید شده در طول کار را از بین ببرد.

این امر باعث می شود قطعات ساخته شده از مواد دارای رسانایی حرارتی خوب کوچکتر باشند و مدیریت حرارتی کل سیستم را بهبود بخشد.430 W/m·K، در حالی که سیلیکون حدود150 W/m·K.

منبع تصویر: اینترنت

کربید سیلیکون به عنوان یک نیمه هادی

ما قبلاً در مورد بسیاری از کاربردهای SiC بحث کرده ایم، از جمله مواد آتش شکن، جارو و سرامیک های کاربردی.جالب ترین کاربرد سی سی در عملکرد آن به عنوان یک ماده نیمه هادی برای دستگاه هایی مانندMOSFET هاودیود های مانع Schottky (SBD).

با تشکر از قدرت تجزیه بالا، شکاف باند گسترده و رسانایی حرارتی عالی، SiC می تواند مواد مانند سیلیکون، جرمنیوم و آرسنید گالیوم را در بسیاری از کاربردهای سختتری از خود بردارد.

با پیشرفت تکنولوژی های تولید، کربید سیلیکون به سرعت به عنوان یک ستاره جدید امیدوار کننده در زمینه مواد نیمه هادی در حال افزایش است.