炭化ケイ素の特徴

熱伝導率

熱伝導率は、熱が材料を介してどの程度容易に伝達されるかを示す尺度です。これは、材料が熱（電流の増加による電力の増加による熱の蓄積）を効果的に放散できる程度を示し、それによって電圧および電流の能力が増加するため、半導体の重要な特性です。

シリコンの熱伝導率は 130 W/(m・K) で、炭化ケイ素の熱伝導率 (490 W/(m・K)) よりも大幅に低いため、炭化ケイ素半導体はより効率的に熱を放散し、より高い動作電圧に耐えることができます。

熱膨張

熱膨張とは、液体から気体などの温度変化により、材料が形状やサイズを変化させることですが、相は変化しません。一般的な例としては、詰まったボトルのキャップに熱湯をかけると、キャップが膨らみ、開けやすくなります。

炭化ケイ素は熱膨張係数が非常に低いため、高温 (および高電圧) においてもその形状、強度、および性能をよりよく維持できますが、これはシリコンでは不可能な可能性があります。

電界強度

他の 2 つの重要で関連する半導体特性は、材料のバンドギャップと最大電界強度です。

半導体材料の分子内では、電子は異なるバンド間を移動します。つまり、バンド間にはエネルギー状態がないため、電子が占有する必要がある領域です。バンド ギャップ (またはエネルギー ギャップ) は、電子が価電子帯から伝導帯に遷移して電気を伝導できるようにするために必要なエネルギーです。半導体が電気エネルギーを受け取り、この導電状態になると、独特の絶縁体と導体のハイブリッド特性を示します。

炭化ケイ素半導体は、シリコンベースの半導体よりもエネルギーギャップが 3 倍大きいため、シリコンよりも高い電界強度に耐えることができ、より高い電圧と温度で動作することができます。

炭化ケイ素半導体はエネルギーギャップが大きく、シリコンベースの半導体よりも優れた耐熱性と放熱性を備えています。他にも次のような利点があります。

炭化ケイ素の高いエネルギーギャップは、より高いエネルギーギャップによりより高い動作性能を備えたより小型の半導体デバイスを可能にするため、高出力用途で非常に役立ちます。

一般的なタイプの半導体デバイスであるダイオードの場合、ブレークダウン電圧は、逆方向の印加電流がダイオードに流れることができる電圧です。炭化ケイ素は降伏電圧が高いため、MOSFET に最適です。

これは、MOSFET のもう 1 つの重要な半導体特性、つまり逆回復時間につながります。 MOSFET が逆バイアス状態になった場合、通常の状態に戻るまでにかかる時間は逆回復時間として知られています。この間、電流が逆方向に流れる可能性があり、システムはエネルギー損失を経験します。このような場合、SiC デバイスの逆回復時間は非常に速く、エネルギー損失は無視できますが、これは Si デバイスには当てはまりません。

炭化ケイ素はドーピング（不純物の添加）の点でシリコンよりも柔軟です。特定の強度を受ける光（赤外線、可視光、または紫外線）など、特定の条件下でのみ電気を通すようにカスタマイズできるため、炭化ケイ素半導体の用途がさらに広がります。