Rincian Blog

Ketika orang mendengar istilahkarbida silikon, atauSiC, hal pertama yang mungkin datang ke pikiran adalah roda penggiling silikon karbida, yang biasa dikenal sebagai karborundum.silikon karbida telah lama digunakan secara luas dalam abrasif, alat penggiling, bahan tahan api, dan keramik fungsional.

Dalam artikel sebelumnya, kami membahas kisah kristal silikon karbida sebagai cinta batu permata.bahan semikonduktor.

Apa Itu Semikonduktor?

Semikonduktor adalah komponen penting dalam hampir setiap sirkuit elektronik. Semikonduktor adalah jenis material khusus yang konduktivitas listriknya berada di antara konduktivitas konduktor, seperti logam,Konduktivitas semikonduktor juga dapat bervariasi tergantung pada suhu operasi atau kotoran yang diperkenalkan selama proses manufaktur.

Klasifikasi bahan berdasarkan konduktivitas listrik

Secara ketat, konduktivitas listrik ditentukan olehstruktur pita energiOleh karena itu, definisi standar semikonduktor harus dijelaskan dari perspektif pita energi.

Seperti yang ditunjukkan dalam diagram pita energi konduktor, semikonduktor, dan isolator, pita konduktivitas dan pita valensi konduktor tumpang tindih.Perbedaan energi antara substuktur pita sangat kecil, sehingga hanya sejumlah kecil energi, seperti medan listrik eksternal, yang dibutuhkan untuk memicu elektron ke dalam pita konduksi dan membentuk arus listrik arah.

Sebaliknya, semikonduktor memiliki band terlarang, atau celah band, antara band konduktif dan band valensi.Elektron harus menerima energi yang lebih besar dari celah pita untuk tergesa-gesa ke dalam pita konduksiSecara umum, celah pita semikonduktor berkisar dari 0 hingga 6,5 eV. Insulator, bagaimanapun, memiliki celah pita yang sangat besar, biasanya dalam urutan lebih dari 10 eV,membuat sangat sulit bagi elektron untuk bersemangat ke dalam pita konduksiAkibatnya, insulator tidak mudah melakukan listrik.

Hal ini menunjukkan bahwa konduktivitas khusus semikonduktor, yang terletak di antara konduktor dan isolator, ditentukan oleh struktur pita energi mereka.

Diagram struktur pita energi

Semikonduktor dapat dibuat dari unsur murni, dengan silikon dan germanium menjadi contoh yang paling umum.silikon karbida (SiC)danGallium arsenide (GaAs).

Perangkat semikonduktor awal sebagian besar terbuat dari germanium. Kemudian, silikon menjadi bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan.Hal ini secara bertahap mendekati batas fisik dari silikon itu sendiriAkibatnya, bahan baru muncul sebagai pesaing kuat untuk silikon, dan silikon karbida adalah salah satu yang paling menjanjikan di antara mereka.

Mari kita lihat sekarang keuntungan SiC dibandingkan dengan silikon.

Struktur SiC yang Unik Menentukan SiC

SiC adalah bahan semikonduktor senyawa yang terdiri dari atom karbon dan atom silikon dalam rasio stokhiometrik 1: 1.seperti SiC4 atau CSi4Dalam struktur yang padat ini, empat atom silikon membentuk tetrahedron, dengan satu atom karbon yang terletak di tengah.

Struktur atom SiC

Struktur material menentukan sifatnya, dan sifatnya menentukan aplikasinya.Struktur atom SiC yang unik memberikan sifat fisik dan kimia yang sangat baik.

Di bawah ini adalah beberapa sifat utama SiC, termasuk kekuatan pemecahan kritis, celah pita, dan konduktivitas termal.

1. Kekuatan pemecahan kritis yang tinggi

SiC memiliki kekuatan pemecahan kritis yang sangat tinggi. Ini berarti bahwa ia dapat menahan tegangan yang lebih tinggi sambil mempertahankan tegangan nominal yang sama dan mengurangi persyaratan isolasi dalam paket.Hal ini juga memungkinkan komponen untuk mencapai tegangan pemblokiran yang dapat menjadi urutan besar yang lebih tinggi dari yang mungkin dengan silikon, tanpa meningkatkan ukuran kemasan secara signifikan.

Sumber gambar: Internet

2. Jarak Band lebar

Salah satu karakteristik utama semikonduktor adalahkesenjangan energi, juga dikenal sebagaicelah pitaJurang pita diukur dalam elektron volt, atau eV, di mana 1 eV kira-kira sama dengan 1.602 × 10−19 joule.

Jurang band SiC adalah sekitar3.26 eV, sedangkan silikon adalah sekitar1.12 eVDibandingkan dengan bahan semikonduktor tradisional seperti silikon dan GaAs, generasi ketiga semikonduktor wide-bandgap yang diwakili oleh SiC memungkinkan produk elektronik,terutama perangkat elektronik daya, untuk beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, suhu yang lebih tinggi, dan frekuensi yang lebih tinggi. Ini membuat perangkat lebih cepat, lebih kecil, dan lebih dapat diandalkan.

Sumber gambar: Internet

3Konduktivitas termal tinggi

Konduktivitas termal adalah sifat penting dari bahan semikonduktor. Semakin tinggi konduktivitas termal, semakin mudah bagi semikonduktor untuk menghilangkan panas yang dihasilkan selama operasi.

Hal ini memungkinkan komponen yang terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal yang baik untuk menjadi lebih kecil dan meningkatkan manajemen termal dari seluruh sistem.430 W/m·K, sedangkan silikon adalah sekitar150 W/m·K.

Sumber gambar: Internet

Karbida Silikon sebagai Semikonduktor

Kami sudah membahas banyak aplikasi SiC, termasuk bahan tahan api, abrasif, dan keramik fungsional.aplikasi yang paling menarik dari SiC terletak pada kinerjanya sebagai bahan semikonduktor daya untuk perangkat sepertiMOSFETdanDioda penghalang Schottky (SBD).

Berkat kekuatan pemecahan yang tinggi, celah pita yang luas, dan konduktivitas termal yang sangat baik, SiC dapat mengungguli bahan seperti silikon, germanium, dan gallium arsenide dalam banyak aplikasi yang menuntut.

Karena teknologi manufaktur terus matang, silikon karbida meningkat dengan cepat sebagai bintang baru yang menjanjikan di bidang bahan semikonduktor.