Tính chất vật lý và đặc điểm của SiC
SiC là một vật liệu bán dẫn hợp chất bao gồm silicon (Si) và carbon (C). Lực liên kết của nó rất mạnh, và nó rất ổn định trong các khía cạnh nhiệt, hóa học và cơ học. SiC tồn tại ở nhiều dạng (polymorphs) khác nhau, có các giá trị đặc tính vật lý khác nhau. 4H-SiC phù hợp nhất cho các thành phần nguồn. Bảng dưới đây là bảng so sánh Si và vật liệu bán dẫn thường được nghe trong những năm gần đây.
Phần được đánh dấu màu vàng trong bảng 3- inch 4H-SiC wafer là phần so sánh của Si và SiC. Phần màu xanh lam là một thông số quan trọng khi được sử dụng cho các thành phần nguồn. Như các giá trị số cho thấy, các thông số này của SiC là khá thuận lợi. Ngoài ra, không giống như các vật liệu mới khác, một trong những tính năng chính của nó là phạm vi điều khiển loại p và loại n rộng rãi cần thiết cho sản xuất linh kiện, giống như Si. Dựa trên những ưu điểm này, SiC được kỳ vọng sẽ là vật liệu cho các thiết bị công suất vượt qua những hạn chế của Si.
Si và C là chất bán dẫn hợp chất nhóm IV-IV được kết hợp theo tỷ lệ 1: 1
Cấu trúc chặt chẽ nhất với các cặp nguyên tử Si và C ở dạng các lớp đơn vị
Có nhiều kiểu đa dạng khác nhau và 4H-SiC phù hợp nhất cho các thành phần nguồn
Liên kết rất bền ⇒ bền về mặt nhiệt, hóa học và cơ học
Ổn định nhiệt: không có lớp chất lỏng dưới áp suất bình thường, thăng hoa ở 2000 độ
Độ ổn định cơ học: Độ cứng Mohs (9.3), có thể so sánh với kim cương (10)
Tính ổn định hóa học: trơ với hầu hết các axit và bazơ
Đặc điểm của thiết bị điện SiC
Cường độ trường đánh thủng điện môi của SiC cao hơn SiC khoảng 10 lần và nó có thể chịu được điện áp cao từ 600V đến vài nghìn V. Trong trường hợp này, có thể tăng nồng độ tạp chất và giảm độ dày của lớp trôi. so với thành phần Si. Thành phần điện trở của các thành phần nguồn điện áp chịu đựng cao hầu hết là điện trở của lớp trôi, và giá trị điện trở tăng tương ứng với độ dày của lớp trôi. Vì lớp trôi của SiC có thể được làm mỏng nên có thể tạo ra các thành phần điện áp chịu đựng cao với điện trở rất thấp trên một đơn vị diện tích. Về mặt lý thuyết, miễn là điện áp chịu đựng bằng nhau, so với Si, điện trở trên một đơn vị diện tích của lớp trôi của SiC có thể thấp tới 1/300.
Để cải thiện vấn đề tăng điện trở do điện áp chịu đựng cao gây ra, các thành phần công suất Si chủ yếu sử dụng các thành phần sóng mang thiểu số (linh kiện lưỡng cực) như IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Tuy nhiên, do tổn thất chuyển mạch lớn và vấn đề sinh nhiệt, có một giới hạn đối với việc thực hiện lái xe tần số cao. Vì SiC có thể làm cho các thành phần sóng mang đa số tốc độ cao như điốt rào cản Schottky và MOSFET có điện áp chịu đựng cao hơn, nên nó có thể đạt được “điện áp chịu đựng cao”, “điện trở thấp” và “tốc độ cao” cùng một lúc.
Lúc này, độ rộng vùng cấm gấp 3 lần Si, cho phép hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. Hiện tại, nhiệt độ hoạt động từ 150 độ đến 175 độ có thể được đảm bảo do khả năng chịu nhiệt của gói, nhưng với sự phát triển của công nghệ đóng gói, nó sẽ có thể đạt hơn 200 độ.
