รายละเอียดบล็อก

เมื่อคนได้ยินคําว่าซิลิคอนคาร์บิดหรือSiCสิ่งแรกที่อาจมาในใจคือล้อบดซิลิคอนคาร์ไบด์ ที่เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อคาร์บอรันดัมซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นเวลานานที่ใช้อย่างแพร่หลายในสารบด, เครื่องมือบด, วัสดุที่ทนไฟ, และเซรามิกที่ใช้งานได้

ในบทความก่อนหน้านี้, เราหารือเรื่องราวของคริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์เป็น หนองครามรัก.วัสดุครึ่งประสาท.

ธ อร์ แปล ว่า อะไร?

เซม คอนดักเตอร์ เป็น ส่วนประกอบ สําคัญ ใน วงจร อิเล็กทรอนิกส์ ทุก วง เกือบ ทุก วงจร. เซม คอนดักเตอร์ เป็น วัสดุ แบบ พิเศษ ที่ มี ความ สามารถ นําไฟฟ้า อยู่ ระหว่าง ความ สามารถ นําไฟฟ้า ของ ผู้นํา เช่น โลหะ,และตัวประกอบประกอบ เช่น เซรามิคหรือพลาสติก ความสามารถในการนําของครึ่งประสาทยังสามารถแตกต่างกันได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทํางานของมันหรือสิ่งสกปรกที่นํามาในระหว่างกระบวนการผลิต

การจัดหมวดหมู่วัสดุตามความสามารถในการนําไฟฟ้า

ในแง่เข้มงวด การนําไฟฟ้าถูกกําหนดโดยโครงสร้างวงจรพลังงานดังนั้น การนิยามแบบมาตรฐานของครึ่งประสาท ควรอธิบายจากมุมมองของช่วงพลังงาน

ดังที่แสดงในแผนภูมิวงจรพลังงานของสายประสาท, ภาคประสาท, และตัวประกอบกัน, วงจรประสาทและวงจรวาเลนซ์ของสายประสาทหุบกันความแตกต่างของพลังงานระหว่างสับสตรัคเตอร์ของแบนด์เป็นเล็กมาก, ดังนั้นเพียงจํานวนน้อยของพลังงาน, เช่นสนามไฟฟ้าภายนอก, ต้องการที่จะตื่นเต้นอิเล็กตรอนในวงการนําและสร้างกระแสไฟฟ้าทิศทาง.

ในทางตรงกันข้าม, หัวหินมีวงจรห้าม, หรือช่องว่างวงจร, ระหว่างวงจรการนําและวงจร valence.อิเล็กตรอนต้องได้รับพลังงานที่ใหญ่กว่าช่องว่างวงจร เพื่อถูกตื่นเต้นในวงจรการนําโดยทั่วไป, ช่องแดนของครึ่งตัวนํารหัสจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 6.5 eV. อย่างไรก็ตาม, insulators มีช่องแดนใหญ่มาก, โดยปกติในลําดับของมากกว่า 10 eV,ทําให้มันยากมากสําหรับอิเล็กตรอนที่จะตื่นเต้นในวงการนําส่งผลให้ไอโซเลเตอร์ไม่สามารถนําไฟฟ้าได้ง่าย

ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ความสามารถในการนําไฟเฉพาะของครึ่งประสาท ที่อยู่ระหว่างตัวนําไฟและตัวประกอบกัน

สัญลักษณ์โครงสร้างวงจรพลังงาน

เซมคอนดักเตอร์สามารถผลิตจากธาตุบริสุทธิ์ โดยมีซิลิคอนและเยอร์มาเนียมเป็นตัวอย่างที่ทั่วไปที่สุดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)และแกลเลียมอาร์เซนไซด์ (GaAs).

อุปกรณ์ครึ่งประสาทในยุคแรกถูกผลิตโดยหลักจากเยอร์มาเนียม ต่อมาซิลิคอนกลายเป็นวัสดุครึ่งประสาทที่ใช้กันมากที่สุดมันค่อย ๆ เข้าใกล้กับขอบเขตทางกายภาพของซิลิคอนเองผลลัพธ์คือวัสดุใหม่กําลังปรากฏขึ้นเป็นคู่แข่งที่แข็งแกร่งกับซิลิคอน และซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในวัสดุที่หวังมากที่สุด

ลองดูข้อดีของ SiC เมื่อเทียบกับซิลิคอน

โครงสร้างพิเศษของ SiC กําหนดคุณสมบัติชั้นสูงของมัน

SiC เป็นวัสดุครึ่งประสานที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนและอะตอมซิลิคอนในสัดส่วนสเตอคิโอเมตร 1: 1 หน่วยโครงสร้างพื้นฐานของคริสตัล SiC คือโครงสร้าง tetrahedralเช่น SiC4 หรือ CSi4ในโครงสร้างที่หนาแน่นนี้ อะตอมซิลิคอนสี่ตัว สร้างเทตราเอเดรอน

โครงสร้างอะตอมของ SiC

โครงสร้างของวัสดุกําหนดคุณสมบัติของมัน และคุณสมบัติของมันกําหนดการใช้งานของมันมันคือโครงสร้างอะตอมพิเศษของ SiC ที่ทําให้มันมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยม.

ด้านล่างมีหลายลักษณะสําคัญของ SiC รวมถึงความแข็งแกร่งในการแตกแยกที่สําคัญ, ช่องว่างวงจร, และความสามารถในการนําไฟ

1ความแข็งแกร่งในการทําลายที่สําคัญสูง

SiC มีความแข็งแรงในการแตกแยกที่สําคัญสูงมาก นั่นหมายความว่ามันสามารถทนความกระชับกําลังที่สูงขึ้นได้โดยยังคงความกระชับกําลังที่ระดับเดียวกันและลดความต้องการในการปิดในแพคเกจมันยังทําให้องค์ประกอบสามารถบรรลุความแรงดันปิดที่สามารถสูงกว่าที่สามารถทําได้กับซิลิคอนโดยไม่เพิ่มขนาดของแพคเกจให้เห็นได้ชัด

แหล่งภาพ: อินเตอร์เน็ต

2. ช่องว่างในวงจรข่ายกว้าง

หนึ่งในลักษณะสําคัญของครึ่งประสาทคือช่องว่างพลังงานเรียกอีกด้วยว่าช่องว่างวงช่องว่างในวงจรถูกวัดในอิเล็กตรอนโวลท์ หรือ eV โดยที่ 1 eV เท่ากับ 1.602 × 10−19 จูล

ช่องว่างของ SiC คือ3.26 eVขณะที่ซิลิคอนมีประมาณ1.12 eVเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุครึ่งตัวนําแบบดั้งเดิม เช่นซิลิคอนและ GaAs ครึ่งตัวนํารุ่นที่สามที่แสดงด้วย SiC สามารถผลิตสินค้าอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน, เพื่อใช้งานในแรงดันที่สูงกว่า, อุณหภูมิที่สูงกว่า, และความถี่ที่สูงกว่า

แหล่งภาพ: อินเตอร์เน็ต

3. การนําไฟฟ้าสูง

ความสามารถในการนําความร้อนเป็นคุณสมบัติที่สําคัญของวัสดุครึ่งประสาท. ความสามารถในการนําความร้อนที่สูงขึ้น, มันง่ายขึ้นสําหรับครึ่งประสาทที่จะ dissipate ความร้อนที่เกิดระหว่างการทํางาน.

ทําให้องค์ประกอบที่ทําจากวัสดุที่มีความสามารถในการนําความร้อนที่ดีเล็กขึ้นและปรับปรุงการจัดการความร้อนของระบบทั้งหมด430 W/m·Kขณะที่ซิลิคอนมีประมาณ150 W/m·K.

แหล่งภาพ: อินเตอร์เน็ต

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นครึ่งประสาท

เราเคยพูดถึงการใช้งานของ SiC มากมายแล้ว, รวมถึงวัสดุที่ทนไฟ, สารบด, และเซรามิกที่ใช้งานได้การใช้งานที่น่าตื่นเต้นที่สุดของ SiC อยู่ที่ผลงานของมันเป็นวัสดุครึ่งประสาทพลังงานสําหรับอุปกรณ์ เช่นMOSFETsและไดโอเดสป้องกัน Schottky (SBD).

ด้วยความแข็งแรงในการแตกสลายสูง, ช่องว่างช่วงที่กว้าง และความสามารถในการนําความร้อนที่ดี SiC สามารถทําผลงานได้ดีกว่าวัสดุเช่นซิลิคอน, เจอร์แมนเนียม, และแกลเลียมอาร์เซนได ในหลายการใช้งานที่ต้องการ

เมื่อเทคโนโลยีการผลิตยังคงเจริญเติบโต ซิลิคอนคาร์ไบด์กําลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็นดาราใหม่ที่สัญญาในด้านวัสดุครึ่งนํา