Fitur Silikon Karbida

Konduktivitas termal

Konduktivitas termal adalah ukuran seberapa mudah panas ditransfer melalui suatu material. Ini adalah sifat utama semikonduktor, karena menunjukkan sejauh mana suatu bahan mampu menghilangkan panas secara efektif (akumulasi panas karena peningkatan daya karena peningkatan arus), sehingga meningkatkan kemampuan tegangan dan arusnya.

Konduktivitas termal silikon adalah 130 W/(m⋅K), yang jauh lebih rendah dibandingkan silikon karbida (490 W/(m⋅K), sehingga semikonduktor silikon karbida dapat menghilangkan panas dengan lebih efisien dan menahan tegangan pengoperasian yang lebih tinggi.

Ekspansi termal

Ekspansi termal terjadi ketika suatu material berubah bentuk atau ukuran – namun tidak berubah fasa – akibat perubahan suhu, misalnya dari cair menjadi gas. Contoh umum adalah mengoleskan air panas ke tutup botol yang tersangkut agar tutup botol mengembang agar mudah dibuka.

Silikon karbida memiliki koefisien muai panas yang sangat rendah, yang berarti ia mempertahankan bentuk, kekuatan, dan kinerjanya lebih baik pada suhu tinggi (dan tegangan tinggi), yang mungkin tidak dapat dilakukan oleh silikon.

Kekuatan medan listrik

Dua sifat semikonduktor penting dan relevan lainnya adalah celah pita material dan kekuatan medan listrik maksimum.

Dalam molekul bahan semikonduktor, elektron berpindah di antara pita-pita yang berbeda: area yang harus ditempati karena tidak ada keadaan energi di antara pita-pita tersebut. Celah pita (atau celah energi) adalah energi yang dibutuhkan elektron untuk melakukan transisi dari pita valensi ke pita konduksi, sehingga listrik dapat menghantarkan. Ketika semikonduktor menerima energi listrik dan memasuki keadaan konduktif ini, semikonduktor menunjukkan sifat hibrid isolator/konduktor yang unik.

Semikonduktor silikon karbida memiliki kesenjangan energi tiga kali lebih tinggi dibandingkan semikonduktor berbasis silikon, yang memungkinkannya menahan kekuatan medan listrik yang lebih tinggi daripada silikon, sehingga memungkinkannya beroperasi pada tegangan dan suhu yang lebih tinggi.

Semikonduktor silikon karbida memiliki kesenjangan energi yang besar dan dapat menahan serta menghilangkan panas lebih baik daripada semikonduktor berbasis silikon. Mereka juga memiliki keunggulan lain:

Kesenjangan energi yang tinggi pada silikon karbida sangat berguna dalam aplikasi daya tinggi karena kesenjangan energi yang lebih tinggi memungkinkan perangkat semikonduktor yang lebih kecil dengan kinerja operasional yang lebih tinggi.

Untuk dioda, jenis perangkat semikonduktor yang umum, tegangan rusaknya adalah tegangan di mana arus balik dapat mengalir melalui dioda. Tegangan tembus silikon karbida yang tinggi membuatnya ideal untuk MOSFET.

Hal ini mengarah pada fitur semikonduktor penting lainnya di MOSFET: membalikkan waktu pemulihan. Jika MOSFET masuk ke keadaan bias balik, waktu yang diperlukan untuk kembali ke keadaan normal disebut waktu pemulihan terbalik. Selama ini, arus dapat mengalir berlawanan arah dan sistem mengalami kehilangan energi. Dalam kasus ini, perangkat SiC memiliki waktu pemulihan terbalik yang sangat cepat dan kehilangan energi yang dapat diabaikan, namun tidak demikian halnya dengan perangkat Si.

Silikon karbida lebih fleksibel dibandingkan silikon dalam hal doping (penambahan pengotor). Ini dapat disesuaikan untuk menghantarkan listrik hanya dalam kondisi tertentu, seperti cahaya yang mengalami intensitas tertentu (inframerah, tampak, atau ultraviolet), yang membuat semikonduktor silikon karbida lebih serbaguna.