La energ\u00eda necesaria para que los electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducci\u00f3n se conoce como brecha de banda; los materiales con grandes brechas se conocen como semiconductores de brecha de banda ancha.<\/p>\n
Los semiconductores WBG presentan muchas ventajas sobre sus hom\u00f3logos de silicio, como una mayor capacidad de voltaje y una mayor tolerancia a temperaturas de funcionamiento extremas.<\/p>\n
Los costes m\u00e1s bajos del silicio y su mayor disponibilidad le permitieron superar al germanio como la opci\u00f3n preferida en aplicaciones de semiconductores de potencia, pero ahora el silicio est\u00e1 dejando paso a dos alternativas de mayor eficiencia: el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC). Ambos materiales pertenecen a la familia de los semiconductores de banda ancha, que les permiten funcionar a voltajes, temperaturas y frecuencias m\u00e1s elevados, lo que los hace perfectos para los dispositivos de alto rendimiento actuales.<\/p>\n
Un aislante necesita cantidades prohibitivas de energ\u00eda para que los electrones pasen de su banda de valencia a la de conducci\u00f3n y viceversa; los nitruros de banda ancha, como el GaN y el SiC, tienen una brecha energ\u00e9tica de unos 3,2 eV que permite la conducci\u00f3n directa sin gasto energ\u00e9tico adicional.<\/p>\n
Los semiconductores WBG, cuando se combinan con semiconductores de banda estrecha como el SiN o el GaAs, se convierten en eficaces emisores de luz gracias a su mayor banda prohibida. Los fotones de luz visible pueden ser absorbidos por estos semiconductores, creando pares electr\u00f3n-hueco. Una vez excitados por un diodo l\u00e1ser cercano, estos pares pueden liberar energ\u00eda que les haga emitir fotones de terahercios (THz), produciendo as\u00ed la emisi\u00f3n de fotones de THz.<\/p>\n
Los semiconductores WBG ofrecen un rendimiento excepcional en electr\u00f3nica de alta potencia y alta frecuencia, optoelectr\u00f3nica y sensores. Adem\u00e1s, su uso puede mejorar significativamente los dispositivos electr\u00f3nicos de potencia de silicio existentes y crear productos de nueva generaci\u00f3n que respondan a la creciente demanda de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pida con factores de forma m\u00e1s peque\u00f1os.<\/p>\n
Los semiconductores WBG tambi\u00e9n pueden fabricarse m\u00e1s finos que el silicio tradicional, lo que les permite soportar tensiones m\u00e1s altas con menos p\u00e9rdidas y, por tanto, reducir el tama\u00f1o y el peso de los convertidores de potencia al tiempo que aumentan la eficacia y la velocidad de su funcionamiento. Adem\u00e1s, la conductividad t\u00e9rmica mejorada de los WBG les permite funcionar a temperaturas elevadas, lo que crea oportunidades en muchas industrias diferentes; el SiC es uno de estos semiconductores WBG que se utiliza a menudo para producir tiristores eficientes que proporcionan conmutaci\u00f3n r\u00e1pida para sistemas de control de convertidores de potencia.<\/p>\n
El carburo de silicio ofrece una capacidad de voltaje muy superior a la de los semiconductores tradicionales gracias a su brecha de banda casi tres veces mayor, lo que permite una electr\u00f3nica de potencia m\u00e1s eficiente desde el punto de vista energ\u00e9tico y capaz de funcionar a mayor velocidad.<\/p>\n
Los semiconductores de banda prohibida ancha pueden aportar muchas ventajas a los veh\u00edculos el\u00e9ctricos. Sus menores p\u00e9rdidas en el estado de conexi\u00f3n y conmutaci\u00f3n se traducen en un menor desperdicio de energ\u00eda, lo que se traduce en mayores eficiencias de conversi\u00f3n energ\u00e9tica que los semiconductores de potencia tradicionales.<\/p>\n
Los semiconductores de carburo de silicio se benefician de tener bandas de separaci\u00f3n m\u00e1s anchas, ya que esto les permite tolerar temperaturas m\u00e1s altas que los dispositivos t\u00edpicos de silicio, que suelen funcionar hasta 175 grados Celsius antes de degradarse debido a la activaci\u00f3n t\u00e9rmica. Pero los dispositivos de carburo de silicio pueden soportar temperaturas mucho m\u00e1s altas, de 300 grados Celsius o incluso m\u00e1s, sin degradarse por activaci\u00f3n.<\/p>\n
La amplia banda prohibida del carburo de silicio lo hace especialmente adecuado para aplicaciones de alta tensi\u00f3n, en las que el aumento de la temperatura conlleva un aumento de la tensi\u00f3n. Adem\u00e1s, su mayor tensi\u00f3n de ruptura le permite soportar tensiones m\u00e1s altas que los semiconductores de silicio, que normalmente s\u00f3lo soportan hasta 600 V.<\/p>\n
La tensi\u00f3n de ruptura del carburo de silicio puede aumentarse a\u00fan m\u00e1s cuando se utiliza con nitruro de galio (GaN), que tiene una separaci\u00f3n de banda a\u00fan m\u00e1s amplia, de 3,4 eV, que el carburo de silicio; esto permite utilizar transistores de potencia GaN-SiC en circuitos convertidores de potencia de alta tensi\u00f3n.<\/p>\n
Los semiconductores de GaN y SiC destacan en aplicaciones de potencia por su mayor brecha de banda, que les permite albergar m\u00e1s electrones tanto en su banda de valencia como en la de conducci\u00f3n, lo que permite soportar corrientes m\u00e1s elevadas que los semiconductores de silicio convencionales, que s\u00f3lo ofrecen una brecha de energ\u00eda de aproximadamente 1,1 eV.<\/p>\n
Los transistores de carburo de silicio y nitruro de galio (GaN) se caracterizan por unas bandas de separaci\u00f3n m\u00e1s anchas que las de sus hom\u00f3logos de silicio, lo que les confiere velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas que \u00e9stos gracias a una mayor movilidad de los electrones y velocidad de saturaci\u00f3n. Esto permite funcionar a frecuencias de conmutaci\u00f3n hasta diez veces superiores a las de los transistores de silicio normales, lo que los hace especialmente beneficiosos en veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE), que requieren una capacidad de conmutaci\u00f3n de potencia r\u00e1pida para un funcionamiento \u00f3ptimo. Esto hace que los transistores de potencia de GaN sean ideales para los tiempos de conmutaci\u00f3n r\u00e1pidos necesarios para el funcionamiento, ofreciendo ventajas significativas cuando se utilizan para las necesidades de conmutaci\u00f3n de potencia de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos que requieren conmutadores de potencia r\u00e1pidos y eficientes como los transistores de silicio convencionales para que funcionen de forma \u00f3ptima - \u00a1especialmente importante cuando el funcionamiento de los VE necesita conmutadores de potencia r\u00e1pidos y eficientes de la forma m\u00e1s eficiente posible!<\/p>\n
Los semiconductores de banda ancha pueden soportar temperaturas de funcionamiento m\u00e1s elevadas que el silicio est\u00e1ndar gracias a la fuerte uni\u00f3n entre los \u00e1tomos que lo componen, lo que les permite mantener puntos de fusi\u00f3n m\u00e1s altos y coeficientes de expansi\u00f3n t\u00e9rmica m\u00e1s bajos. Adem\u00e1s, este material presenta altas temperaturas de Debye y excelentes cualidades de conductividad t\u00e9rmica que garantizan una disipaci\u00f3n r\u00e1pida y eficaz del calor, caracter\u00edstica especialmente importante cuando se utiliza en aplicaciones de alta potencia en las que las ineficiencias del dispositivo generan cantidades significativas de calor.<\/p>\n
La amplia banda de separaci\u00f3n del carburo de silicio le permite alcanzar voltajes de funcionamiento mucho m\u00e1s altos que el silicio, debido al aumento de su campo de ruptura; \u00e9ste mide cu\u00e1nta energ\u00eda se necesita para romper una barrera energ\u00e9tica entre las bandas de valencia y conducci\u00f3n y permite que pase m\u00e1s corriente a trav\u00e9s de \u00e9l a frecuencias m\u00e1s altas, lo que abre muchas posibilidades para los dispositivos electr\u00f3nicos.<\/p>\n
Tambi\u00e9n aporta muchas otras ventajas, como la mejora de las prestaciones de conmutaci\u00f3n y una mayor eficiencia energ\u00e9tica en los dispositivos electr\u00f3nicos de potencia. Una de estas ventajas es la sustituci\u00f3n de los inversores de silicio tradicionales en los veh\u00edculos el\u00e9ctricos por dispositivos m\u00e1s peque\u00f1os y ligeros, con mayor densidad de potencia y rendimiento, lo que reduce significativamente los requisitos de espacio y los costes de montaje, al tiempo que aumenta la seguridad, la fiabilidad y la eficiencia del sistema.<\/p>\n
El l\u00edmite de temperatura de funcionamiento del carburo de silicio supera al del silicio, lo que lo convierte en una tecnolog\u00eda eficaz para reducir la dependencia de sistemas de refrigeraci\u00f3n activos que a\u00f1aden peso y complejidad en los veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE). Esto tambi\u00e9n ampl\u00eda la autonom\u00eda y facilita bater\u00edas m\u00e1s ligeras para una soluci\u00f3n energ\u00e9tica m\u00e1s sostenible.<\/p>\n
El carburo de silicio presenta ventajas y dificultades para los fabricantes. La producci\u00f3n puede ser costosa y requerir mucho tiempo, mientras que alcanzar una baja resistencia de contacto para contactos \u00f3hmicos e interfaces Schottky puede ser todo un reto. Por lo tanto, debe adoptarse un enfoque a nivel de sistema para dimensionar adecuadamente el carburo de silicio en funci\u00f3n de su aplicaci\u00f3n y obtener el m\u00e1ximo rendimiento con el m\u00ednimo coste.<\/p>\n
La disipaci\u00f3n del calor generado por los semiconductores es crucial. Si no se disipa eficazmente, se limitan sus capacidades m\u00e1ximas de tensi\u00f3n y temperatura de funcionamiento, y el carburo de silicio supera al silicio al dispersar el calor m\u00e1s r\u00e1pidamente, lo que ofrece ventajas significativas en dispositivos dise\u00f1ados para temperaturas de funcionamiento m\u00e1s elevadas.<\/p>\n
La conductividad t\u00e9rmica superior del carburo de silicio contribuye a su excelente rendimiento en aplicaciones de conversi\u00f3n de potencia, donde su conductividad t\u00e9rmica superior da lugar a una mayor eficiencia en comparaci\u00f3n con los inversores de silicio tradicionales. Comparativamente hablando, los dispositivos de carburo de silicio pueden manejar hasta 10% m\u00e1s niveles de potencia sin perder eficiencia que sus hom\u00f3logos de silicio debido principalmente a brechas de banda m\u00e1s amplias, as\u00ed como ser capaces de soportar temperaturas mucho m\u00e1s altas que los semiconductores de silicio t\u00edpicos.<\/p>\n
Los semiconductores de carburo de silicio, como el carburo de silicio, contienen iones que ocupan distintos niveles de energ\u00eda alrededor del n\u00facleo del \u00e1tomo, conocidos como bandas de conducci\u00f3n y de valencia. Los iones de la banda de conducci\u00f3n se mueven para pasar a la de conducci\u00f3n cuando fluye la corriente, pero esto requiere cantidades considerables de energ\u00eda en comparaci\u00f3n con el silicio est\u00e1ndar (normalmente unos 3,2 electronvoltios (eV)). Cuando un ion se desplaza de su banda de valencia a la banda de conducci\u00f3n requiere un gasto de energ\u00eda: unos 3,2 electronvoltios en el carburo de silicio frente a s\u00f3lo 1,1eV en el silicio est\u00e1ndar. Al mover un ion a la banda de conducci\u00f3n permite que fluya la corriente, pero esto requiere cantidades considerables de energ\u00eda de ambos lados; se puede extraer m\u00e1s energ\u00eda y las brechas m\u00e1s anchas indican densidades de campo cr\u00edtico m\u00e1s altas.<\/p>\n
Tanto el nitruro de galio como el carburo de silicio presentan campos de ruptura mayores que los dispositivos de silicio, lo que significa que pueden soportar circuitos de voltaje significativamente m\u00e1s alto. Por ello, est\u00e1n mucho mejor preparados que los dispositivos de silicio para aplicaciones militares o tareas de alta tensi\u00f3n.<\/p>\n
Otra ventaja del carburo de silicio es su completa brecha de banda fot\u00f3nica (PBG), que permite el paso de fotones a trav\u00e9s de \u00e9l con independencia de la polarizaci\u00f3n, lo que lo hace id\u00f3neo para aplicaciones de procesamiento de informaci\u00f3n cu\u00e1ntica como la detecci\u00f3n y la computaci\u00f3n cu\u00e1nticas.<\/p>\n
El carburo de silicio destaca por sus propiedades superiores de separaci\u00f3n de bandas, as\u00ed como por ser muy duradero frente a la radiaci\u00f3n y los ataques qu\u00edmicos. Altamente flexible, el carburo de silicio es un material excelente para dispositivos biom\u00e9dicos y otras aplicaciones que requieren materiales estables capaces de soportar tensiones mec\u00e1nicas, como hospitales o m\u00e1quinas industriales que funcionan en condiciones duras. Esto hace que el carburo de silicio sea una opci\u00f3n excelente para su uso en equipos de imagen m\u00e9dica y dispositivos utilizados en hospitales o m\u00e1quinas industriales que deben funcionar en condiciones duras.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
La energ\u00eda necesaria para que los electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducci\u00f3n se conoce como brecha de banda; los materiales con grandes brechas se conocen como semiconductores de brecha de banda ancha. Los semiconductores WBG presentan muchas ventajas sobre sus hom\u00f3logos de silicio, como una mayor capacidad de voltaje y una mayor tolerancia a temperaturas de funcionamiento extremas. Brecha de banda ancha La menor brecha de banda ...<\/p>\n