Diferencias entre cristales de SiC con diferentes estructuras.

Carburo de silicio (SiC)es un material que posee una excepcional estabilidad térmica, física y química, exhibiendo propiedades que van más allá de las de los materiales convencionales. Su conductividad térmica es de unos sorprendentes 84 W/(m·K), que no sólo es superior a la del cobre sino también tres veces mayor que la del silicio. Esto demuestra su enorme potencial para su uso en aplicaciones de gestión térmica. La banda prohibida del SiC es aproximadamente tres veces mayor que la del silicio, y la intensidad de su campo eléctrico de ruptura es un orden de magnitud mayor que la del silicio. Esto significa que el SiC puede proporcionar mayor confiabilidad y eficiencia en aplicaciones de alto voltaje. Además, el SiC aún puede mantener una buena conductividad eléctrica a altas temperaturas de 2000 °C, lo que es comparable al grafito. Esto lo convierte en un material semiconductor ideal en entornos de alta temperatura. La resistencia a la corrosión del SiC también es extraordinaria. La fina capa de SiO2 que se forma en su superficie previene eficazmente una mayor oxidación, lo que lo hace resistente a casi todos los agentes corrosivos conocidos a temperatura ambiente. Esto asegura su aplicación en entornos hostiles.

En términos de estructura cristalina, la diversidad del SiC se refleja en sus más de 200 formas cristalinas diferentes, una característica atribuida a las diversas formas en que los átomos están densamente empaquetados dentro de sus cristales. Aunque hay muchas formas cristalinas, estas formas cristalinas se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: β-SiC con estructura cúbica (estructura de blenda de zinc) y α-SiC con estructura hexagonal (estructura de wurtzita). Esta diversidad estructural no sólo enriquece las propiedades físicas y químicas del SiC, sino que también proporciona a los investigadores más opciones y flexibilidad a la hora de diseñar y optimizar materiales semiconductores basados ​​en SiC.

Entre las muchas formas de cristales de SiC, las más comunes incluyen3C-Sic, 4H-SiC, 6H-SiC y 15R-SiC. La diferencia entre estas formas cristalinas se refleja principalmente en su estructura cristalina. El 3C-SiC, también conocido como carburo de silicio cúbico, presenta las características de una estructura cúbica y es la estructura más simple entre el SiC. El SiC con estructura hexagonal se puede subdividir en 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC y otros tipos según diferentes disposiciones atómicas. Estas clasificaciones reflejan la forma en que se empaquetan los átomos dentro del cristal, así como la simetría y complejidad de la red.

La banda prohibida es un parámetro clave que determina el rango de temperatura y el nivel de voltaje en el que pueden operar los materiales semiconductores. Entre las diversas formas cristalinas de SiC, el 2H-SiC tiene el ancho de banda prohibida más alto de 3,33 eV, lo que indica su excelente estabilidad y rendimiento en condiciones extremas; El 4H-SiC le sigue de cerca, con un ancho de banda prohibida de 3,26 eV; 6H-SiC tiene una banda prohibida ligeramente más baja de 3,02 eV, mientras que 3C-SiC tiene la banda prohibida más baja de 2,39 eV, lo que lo hace más utilizado a temperaturas y voltajes más bajos.

La masa efectiva de los agujeros es un factor importante que afecta la movilidad de los materiales en los agujeros. La masa efectiva del orificio del 3C-SiC es 1,1 m0, que es relativamente baja, lo que indica que la movilidad del orificio es buena. La masa efectiva del agujero de 4H-SiC es 1,75 m0 en el plano base de la estructura hexagonal y 0,65 m0 cuando es perpendicular al plano base, lo que muestra la diferencia en sus propiedades eléctricas en diferentes direcciones. La masa efectiva del agujero del 6H-SiC es similar a la del 4H-SiC, pero en general ligeramente menor, lo que tiene un impacto en la movilidad del portador. La masa efectiva del electrón varía en el rango de 0,25 a 0,7 m0, dependiendo de la estructura cristalina específica.

La movilidad de los portadores es una medida de la rapidez con la que se mueven los electrones y los huecos dentro de un material. El 4H-SiC funciona bien a este respecto. Su movilidad de huecos y electrones es significativamente mayor que la del 6H-SiC, lo que hace que el 4H-SiC tenga un mejor rendimiento en dispositivos electrónicos de potencia.

Desde la perspectiva del desempeño integral, cada forma cristalina deSictiene sus ventajas únicas. El 6H-SiC es adecuado para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos debido a su estabilidad estructural y buenas propiedades de luminiscencia.3C-SicEs adecuado para dispositivos de alta frecuencia y alta potencia debido a su alta velocidad de deriva de electrones saturados. 4H-SiC se ha convertido en una opción ideal para dispositivos electrónicos de potencia debido a su alta movilidad de electrones, baja resistencia y alta densidad de corriente. De hecho, el 4H-SiC no es sólo el material semiconductor de tercera generación con mejor rendimiento, mayor grado de comercialización y tecnología más madura, sino que también es el material preferido para fabricar dispositivos semiconductores de potencia en entornos de alta presión y alta temperatura. ambientes resistentes a la temperatura y la radiación.