Карбид кремния

Более высокое напряжение пробоя
SiC имеет более высокое напряжение пробоя по сравнению с кремнием, что позволяет создавать устройства с более высоким напряжением. SiC работает при напряжении выше 10 кВ, что значительно выше того, которое можно использовать в настоящее время. Доступны устройства SiC на напряжение 1200 В и 1700 В.

Более высокая теплопроводность
SiC имеет более высокую теплопроводность по сравнению с кремнием, что приводит к улучшению терморегулирования и снижению потерь мощности. Характеристики кремния ухудшаются при более высоких температурах, тогда как SiC гораздо более стабилен.

Более высокая рабочая температура
Карбид кремния может работать при более высоких температурах по сравнению с кремнием, что приводит к повышению надежности и увеличению срока службы устройства. Кремниевые устройства обычно имеют завышенные-технические характеристики при комнатной температуре, чтобы сохранить характеристики при более высоких температурах. Обычно устройство на основе SiC с номинальным током в два раза меньше, будет выполнять ту же работу, что и кремниевый IGBT, поскольку SiC гораздо более стабилен при более высоких температурах и не требует значительного снижения номинальных характеристик.

Более высокая частота переключения
Более высокие частоты означают меньшие размеры и вес магнитов, поскольку значения компонентов LC-фильтра трансформатора становятся значительно меньшими. Карбид кремния может включаться и выключаться гораздо быстрее по сравнению с кремнием, что приводит к повышению удельной мощности и эффективности в приложениях силовой электроники.

Меньшее прямое падение напряжения
SiC имеет меньшее прямое падение напряжения по сравнению с кремнием, а фактическое отсутствие хвостового тока обеспечивает более быстрое выключение и значительно меньшие потери. Поскольку рассеивается меньше энергии, устройство SiC может переключаться на более высоких частотах и ​​повышать эффективность.

Карбид кремния (SiC) — химическое соединение, состоящее из углерода и кремния. Он известен своими превосходными абразивными свойствами и уже более века используется для производства шлифовальных кругов и других абразивных изделий. Однако из него также была получена высококачественная-керамика технического класса с широким спектром применения.

Одним из ключевых химических свойств карбида кремния является его устойчивость к кислотам и щелочам. Он не растворяется в кислотах и ​​щелочах, но может подвергаться воздействию щелочных расплавов, а также расплавов некоторых металлов и оксидов металлов. Он выдерживает температуру до 1500 градусов в инертном газе или восстановительной атмосфере.

По физическим свойствам карбид кремния имеет низкую плотность, высокую прочность и низкое тепловое расширение. Он также обладает высокой теплопроводностью, высокой твердостью и высоким модулем упругости. Эти свойства делают его пригодным для различных применений, таких как абразивы, огнеупоры, керамика и высокоэффективные-компоненты.

Карбид кремния очень инертен и не подвергается воздействию кислот, щелочей или расплавленных солей при температуре до 800 градусов. На воздухе образует защитное покрытие из оксида кремния при температуре 1200 градусов, что позволяет использовать его при температуре до 1600 градусов. Его высокая теплопроводность и низкое тепловое расширение в сочетании с высокой прочностью придают ему исключительную устойчивость к термическому удару.

Этот материал также является электрическим проводником и находит применение в резистивном нагреве, воспламенителях пламени и электронных компонентах. Его химическая чистота и устойчивость к химическому воздействию при высоких температурах делают его популярным для использования в полупроводниковых печах в качестве опор и лопаток для пластин. Кроме того, он используется в нагревательных элементах сопротивления для электрических печей и в качестве ключевого компонента в термисторах и варисторах.

По термическим свойствам карбид кремния обладает относительно высокой теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения по сравнению с другими керамическими материалами. Это приводит к хорошей стойкости к термическому удару, что делает его пригодным для применений, где происходят быстрые изменения температуры.

Из чего состоят кремний и карбид кремния?

При синтезе в чистом виде кремний образует кристаллическую структуру, в которой один атом кремния образует связь с четырьмя другими соседними атомами кремния. Эту подложку на основе кремния затем можно легировать различными другими элементами для формирования полупроводниковых переходов на пластине кремниевой подложки.

Карбид кремния, с другой стороны, представляет собой смесь атомов кремния и углерода, которая образует различные кристаллические структуры. Наиболее широко распространенными структурами для использования в полупроводниках являются карбид кремния 3C, 4C и 6H, каждый из которых имеет разные электрические свойства и преимущества при легировании различными элементами. Кремниевые пластины вырастают до 8-12 дюймов и образуются из расплавленной фазы чистого кремния. Однако карбид кремния обычно синтезируется из паровой фазы и может вырасти до шести дюймов.

Свойства кремния и карбида кремния: мощность и скорость
Учитывая его способность выдерживать более сильные электрические поля, материалы подложки из карбида кремния могут выдерживать более высокие напряжения, прежде чем разрушаться. У кремния напряжение пробоя около 600 В, а карбид кремния выдерживает напряжение в 5-10 раз выше. На практике это означает, что мощные приложения смогут использовать полупроводниковую технологию или что устройство с той же разницей напряжений может стать почти в десять раз меньше. Карбид кремния может переключаться почти в десять раз быстрее, чем кремний, что приводит к уменьшению схем управления.

Применение кремния и карбида кремния в реальном мире
Одним из замечательных примеров использования карбида кремния вместо кремния является производство электромобилей. При вождении электромобиля электронная система рассчитана на полную нагрузку мощности автомобиля, что достижимо как в кремниевых, так и в-карбидкремниевых конструкциях. Кремниевые IGBT обычно используются в инверторах электромобилей, где они приводят в действие двигатели с батарейным питанием-. Однако, учитывая нормальный цикл движения автомобиля (т. е. не использующий полную нагрузку), высокое удельное сопротивление кремния делает его довольно неэффективным. Поскольку карбид кремния может удовлетворить те же требования к расчету нагрузки при гораздо меньшем размере, карбид кремния становится значительно более эффективным и впоследствии может повысить эффективность всей инверторной системы почти на 80%.