¿Cómo es la conductividad eléctrica del carburo de silicio?

El carburo de silicio es un compuesto versátil con numerosas aplicaciones en numerosos sectores, como el calentamiento por resistencia, los encendedores de llama y los componentes electrónicos. Debido a su composición y proceso de fabricación, el carburo de silicio puede actuar como aislante o conductor, dependiendo de su composición y proceso de fabricación. Con propiedades tan diversas, se ha convertido en un activo inestimable en estas áreas de práctica.

Los fabricantes pueden adaptar su conductividad eléctrica dopándolo con nitrógeno, fósforo, berilio, aluminio y galio para producir semiconductores de tipo n o de tipo p. Además, su elevada conductividad térmica lo convierte en un material útil para aplicaciones de intercambio de calor. Además, su elevada conductividad térmica lo convierte en un material útil para aplicaciones de intercambio de calor.

Propiedades

El carburo de silicio, comúnmente conocido como SiC, es un compuesto duro y duradero que suele utilizarse como material abrasivo y refractario. Pero sus versátiles propiedades también le confieren muchos otros usos: desde resistencia mecánica y a la tensión térmica, que lo hacen perfecto para aplicaciones exigentes, hasta tolerancia a la tensión eléctrica y propiedades energéticas de banda ancha que lo convierten en un candidato excelente para aplicaciones de electrónica de potencia.

Aunque el SiC se considera generalmente un aislante en estado puro, con ciertas adiciones puede convertirse en un semiconductor. Este proceso, conocido como dopaje, se practica ampliamente en la industria de los semiconductores y consiste en añadir sustancias que aumentan el número de portadores de carga libres dentro de las estructuras cristalinas, lo que permite que los electrones o los huecos se desplacen más fácilmente por ellas. El dopaje también puede ayudar a controlar la forma de la red y la superconductividad en determinadas circunstancias.

El SiC es un material extremadamente resistente y duradero gracias a su estructura cristalina, lo que lo hace idóneo para herramientas de corte y otra maquinaria industrial por su capacidad para soportar altos niveles de calor. Además, el SiC tiene un bajo coeficiente de dilatación y una temperatura de fusión de 2.200 ºC, lo que lo convierte en una opción popular entre los fabricantes de disipadores de calor y crisoles.

El SiC es un excelente material abrasivo con la mayor dureza entre los materiales abrasivos naturales: su nivel de dureza en la escala de Mohs (9) rivaliza con el nivel 10 del diamante para aplicaciones de rectificado y corte en entornos industriales. Esto convierte al SiC en un material eficaz.

La conductividad eléctrica del carburo de silicio es un elemento indispensable de los dispositivos de alto rendimiento en electrónica. Su baja resistencia puede reducir significativamente las pérdidas y mejorar el rendimiento a lo largo del tiempo, lo que se traduce en un importante ahorro de costes para los fabricantes. Además, el carburo de silicio resiste altas temperaturas donde otros materiales se degradarían rápidamente, lo que lo hace ideal para aplicaciones exigentes o de misión crítica, como fuentes de alimentación y dispositivos militares.

Aplicaciones

El carburo de silicio (SiC) es un material aislante con propiedades tanto metálicas como aislantes, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones de fabricación y electrónica. La conductividad eléctrica del SiC depende de su composición y proceso de fabricación; según las fluctuaciones de temperatura o las impurezas presentes, el SiC puede actuar como aislante o semiconductor en función de su composición o proceso de fabricación.

El carburo de silicio, como material semiconductor, absorbe y transmite la electricidad con mucha más eficacia que los metales gracias a su mayor movilidad de electrones y a su mayor brecha energética. Este amplio hueco permite que el carburo de silicio funcione a temperaturas, tensiones y frecuencias mucho más elevadas sin comprometer la fiabilidad, además de reducir el tamaño y la rentabilidad de los dispositivos electrónicos.

Gracias a estas ventajas, el carburo de silicio se utiliza cada vez más en componentes electrónicos de alto rendimiento, como semiconductores de potencia e iluminación LED. Además, su baja expansión térmica y extrema dureza lo hacen ideal para su uso como espejos de telescopio. Además, su durabilidad y resistencia a la oxidación lo hacen adecuado como material en frenos de automóviles, embragues y placas cerámicas utilizadas en chalecos antibalas.

El dopaje del SiC poroso con diversos elementos permite alterarlo eléctricamente, creando niveles de energía cerca de su banda prohibida que disminuyen la resistencia eléctrica, creando así carburos de silicio porosos funcionales para aplicaciones eléctricas y ópticas avanzadas.

Un ejemplo de aplicación es la producción de LED con menor consumo de energía, mayor estabilidad del color y mayor eficiencia. Un SiC poroso con el dopaje adecuado es ideal como fuente de evaporación con baja resistencia para producir metalización de película fina, ayudando así a la fabricación de LED avanzados con mejor consumo de energía, consistencia de color y estabilidad de temperatura, así como mayor eficiencia.

Manipulación

El carburo de silicio es un material extremadamente duro y quebradizo con una estructura cristalina. Es extremadamente fuerte, tiene un punto de fusión extremadamente alto, es resistente al calor y tiene una alta intensidad de campo eléctrico de ruptura - características ideales para aplicaciones eléctricas. La conductividad puede alterarse dopando el material con otros elementos; según el elemento o elementos que se añadan durante el dopaje, así serán sus propiedades electrotérmicas, incluida su capacidad para tolerar altas tensiones.

El SiC no es como la mayoría de los metales; sus cualidades de aislamiento eléctrico lo convierten en uno de los pocos semiconductores entre los metales. Pero doparlo con nitrógeno o fósforo producirá un semiconductor de tipo n, mientras que el aluminio, el boro o el galio darán lugar a un semiconductor de tipo p.

Este tipo de manipulaciones pueden mejorar notablemente la conductividad eléctrica de los materiales. Los investigadores han descrito materiales con coeficientes Seebeck que alcanzan entre 70 y 200 uV K-1; esta cifra es comparable a la de algunos metales y más del doble de lo que se observaría normalmente en el SiC puro.

El carburo de silicio ha demostrado su valía en la electrónica moderna al resistir tanto altas temperaturas como esfuerzos eléctricos, al tiempo que mantiene unos índices de expansión térmica relativamente bajos -lo que significa que su forma no se alabea ni se deforma bajo el calor o la presión-, lo que permite utilizarlo en aplicaciones que requieren una capacidad de alto voltaje, como la generación y transmisión de energía.

El carburo de silicio puede diseñarse para que presente diferentes características, desde semiconductividad hasta conductividad metálica. Además, se puede fabricar en diferentes formas y tamaños para satisfacer diversas necesidades de aplicación; desde pequeños chips utilizados en dispositivos electrónicos hasta grandes bloques que se pueden cortar en obleas para su fabricación.

Calix Ceramic Solutions ha diseñado un material de SiC sinterizado con baja resistividad eléctrica para su uso como material mecanizado por descarga eléctrica (EDM), adecuado para cortar a lo largo o a lo ancho con máquinas EDM convencionales. Ofrecen varios grados de este material para satisfacer diversas aplicaciones.

Fuentes

El carburo de silicio (SiC) posee una interesante propiedad conocida como semiconductividad. El carburo de silicio se sitúa en un punto intermedio entre los metales conductores y los aislantes, pero puede presentar ambas características simultáneamente en función de la temperatura y las impurezas. A bajas temperaturas se comporta más como un aislante, resistiendo el flujo eléctrico, mientras que en cuanto sube la temperatura empieza a conducir la electricidad de forma más activa.

El carburo de silicio se produce calentando arena de sílice con fuentes de carbono, como el coque de petróleo, en un horno Acheson a altas temperaturas. Se forman granos de carburo de silicio verdes y negros, a menudo mezclados con otras sustancias químicas, como boro y aluminio, para usos más complejos en dispositivos electrónicos.

El SiC puede transformarse en un semiconductor de tipo n añadiendo pequeñas cantidades de silicio puro. Al aumentar el contenido de C, se crean semiconductores de tipo p. Ambos tipos tienen brechas de energía de banda ancha que les permiten manejar voltajes más altos y funcionar a frecuencias más elevadas que los dispositivos basados en silicio.

El SiC se mejora frecuentemente con segundas fases conductoras de la electricidad para aumentar su resistencia eléctrica, lo que lo hace adecuado para aplicaciones como calentadores y motores eléctricos. Estas adiciones de segunda fase pueden controlarse mediante nitruros metálicos añadidos durante el procesamiento o incluso simplemente alterando las condiciones de sinterización.

El carburo de silicio es un material extremadamente duro y quebradizo con excelentes propiedades mecánicas, como la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la abrasión y la conductividad térmica. Además, su bajo coeficiente de expansión térmica garantiza que no se expanda ni se contraiga mucho cuando las temperaturas aumentan o disminuyen; lo que lo hace ideal para aplicaciones que implican operaciones de alta tensión en las que debe preservarse la integridad estructural durante las operaciones de alta tensión.

El carburo de silicio es famoso por sus excelentes propiedades eléctricas, que lo convierten en la mejor elección para componentes eléctricos como diodos y transistores. Con una intensidad de campo eléctrico de ruptura excepcionalmente alta (lo que significa que puede soportar niveles más altos de electricidad sin desintegrarse), el carburo de silicio también funciona a temperaturas más altas que otros semiconductores basados en silicio.