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Quand les gens entendent le termecarbure de silicium, ouSiC, la première chose qui vous vient à l'esprit est une meule de carbure de silicium, communément appelée carborundum.le carbure de silicium est largement utilisé dans les abrasifs, outils de broyage, matériaux réfractaires et céramiques fonctionnelles.

Dans l'article précédent, nous avons discuté de l'histoire des cristaux de carbure de silicium comme pierres précieuses.matériaux semi-conducteurs.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur?

Les semi-conducteurs sont des composants essentiels de presque tous les circuits électroniques.,La conductivité d'un semi-conducteur peut également varier en fonction de sa température de fonctionnement ou des impuretés introduites pendant le processus de fabrication.

Classification des matériaux par conductivité électrique

En termes stricts, la conductivité électrique eststructure de la bande d'énergiePar conséquent, la définition standard d'un semi-conducteur doit être expliquée du point de vue des bandes d'énergie.

Comme le montre le schéma de bande d'énergie des conducteurs, des semi-conducteurs et des isolants, la bande de conduction et la bande de valence d'un conducteur se chevauchent.La différence d'énergie entre les sous-structures des bandes est très faible, il suffit donc d'une petite quantité d'énergie, comme un champ électrique externe, pour exciter les électrons dans la bande de conduction et former un courant électrique directionnel.

En revanche, un semi-conducteur a une bande interdite, ou un espace de bande, entre la bande de conduction et la bande de valence.Les électrons doivent recevoir une énergie supérieure à l'écart de bande pour être excités dans la bande de conductionEn général, l'écart de bande des semi-conducteurs varie de 0 à 6,5 eV. Les isolants, cependant, ont un écart de bande très important, généralement de l'ordre de plus de 10 eV.ce qui rend très difficile pour les électrons d'être excités dans la bande de conductionEn conséquence, les isolants ne conduisent pas facilement l'électricité.

Cela montre que la conductivité spéciale des semi-conducteurs, qui se trouve entre conducteurs et isolants, est déterminée par leur structure de bande d'énergie.

Diagramme de la structure de la bande d'énergie

Les semi-conducteurs peuvent être fabriqués à partir d'éléments purs, le silicium et le germanium étant les exemples les plus courants.carbure de silicium (SiC)etArsenide de gallium (GaAs).

Les premiers appareils semi-conducteurs étaient principalement fabriqués à partir de germanium.Il a progressivement approché les limites physiques du silicium lui-même.En conséquence, de nouveaux matériaux sont en train de devenir de puissants concurrents du silicium, dont le carbure de silicium est l'un des plus prometteurs.

Examinons maintenant les avantages du SiC par rapport au silicium.

La structure unique du SiC détermine ses propriétés supérieures

Le SiC est un matériau composé de semi-conducteurs composé d'atomes de carbone et d'atomes de silicium dans un rapport stéchiométrique de 1:1.comme le SiC4 ou le CSi4Dans cette structure dense, quatre atomes de silicium forment un tétraèdre, avec un atome de carbone situé au centre.

Structure atomique du SiC

La structure d'un matériau détermine ses propriétés, et ses propriétés déterminent ses applications.C'est précisément la structure atomique unique du SiC qui lui confère d'excellentes propriétés physiques et chimiques..

Vous trouverez ci-dessous plusieurs propriétés clés du SiC, y compris la résistance à la décomposition critique, l'écart de bande et la conductivité thermique.

1. Résistance à la rupture critique élevée

Le SiC a une résistance critique de rupture très élevée, ce qui signifie qu'il peut résister à des tensions plus élevées tout en maintenant la même tension nominale et en réduisant les exigences d'isolation dans l'emballage.Il permet également aux composants d'atteindre des tensions de blocage qui peuvent être d'un ordre de grandeur supérieur à ceux possibles avec le silicium, sans augmenter de façon significative la taille de l'emballage.

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2. L' écart de large bande

L'une des caractéristiques clés d'un semi-conducteur est saécart énergétique, également appelé leécart de bandeL'écart de bande est mesuré en électronvolts, ou eV, où 1 eV est approximativement égal à 1,602 × 10−19 joules.

L'écart de bande de SiC est d'environ3.26 eV, alors que celle du silicium est d'environ1.12 eVEn comparaison avec les matériaux semi-conducteurs traditionnels tels que le silicium et le GaAs, les semi-conducteurs à large bande représentés par le SiC de troisième génération permettent de produire des produits électroniques,en particulier les appareils électroniques de puissance, pour fonctionner à des tensions plus élevées, des températures plus élevées et des fréquences plus élevées.

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3. Haute conductivité thermique

La conductivité thermique est une propriété importante des matériaux semi-conducteurs. Plus la conductivité thermique est élevée, plus il est facile pour le semi-conducteur de dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement.

Cela permet aux composants fabriqués à partir de matériaux ayant une bonne conductivité thermique d'être plus petits et d'améliorer la gestion thermique de l'ensemble du système.430 W/m·K, alors que celle du silicium est d'environ150 W/m·K.

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Le carbure de silicium comme semi-conducteur

Nous avons déjà discuté de nombreuses applications du SiC, y compris des matériaux réfractaires, des abrasifs et des céramiques fonctionnelles.L'application la plus intéressante du SiC réside dans ses performances en tant que matériau de semi-conducteur de puissance pour des appareils tels queLes MOSFETetautres appareils pour la fabrication de l'électronique.

Grâce à sa résistance à la décomposition élevée, à son espace large et à son excellente conductivité thermique, le SiC peut surpasser les matériaux tels que le silicium, le germanium et l'arsenure de gallium dans de nombreuses applications exigeantes.

Au fur et à mesure que les technologies de fabrication continuent de mûrir, le carbure de silicium s'élève rapidement comme une nouvelle étoile prometteuse dans le domaine des matériaux semi-conducteurs.