Para un semiconductor de silicio normal, la temperatura de unión es de 150 grados C. Sin embargo, por razones de vida útil, el límite habitual de temperatura de unión es de unos 100 grados C.
Mi pregunta es si un dispositivo de SiC, por ejemplo un diodo, puede permitirnos funcionar a una temperatura más elevada.
¿O la ventaja del SiC se limita a una mayor eficiencia, una corriente de fuga pequeña, etc.?
En teoría, los dispositivos de SiC pueden funcionar a temperaturas extremadamente altas. mecanismos como el desbordamiento térmico y factores como el embalaje que limitan la temperatura de funcionamiento. La fiabilidad puede verse muy afectada por la temperatura y los ciclos térmicos debido, por ejemplo, a las limitaciones del embalaje.
La mayoría de los dispositivos disponibles actualmente que he mirado están limitados a 175°C de Tj máxima absoluta, que es igual o similar a muchos diodos de silicio y Schottky.
Hay aplicaciones, como las militares, en las que se considera que el coste no es de gran importancia y se pueden utilizar embalajes más exóticos y pueden funcionar a 200-300°C. Aquí por ejemplo, algunas piezas pueden soportar temperaturas superiores a 200°C.
Los dispositivos de SiC tienen mejor conductividad térmica (~3 veces mejor que los de silicio) y una temperatura de unión más elevada. Por tanto, son mejores que el silicio a la hora de eliminar el calor del dispositivo y funcionar a temperaturas más elevadas. Pero no son sólo estos parámetros los que determinan la temperatura de funcionamiento de un dispositivo, el epoxi y la conductividad del encapsulado también determinan la temperatura de funcionamiento del encapsulado.
El SiC funcionará a temperaturas muy altas, pero el resto del dispositivo no. Los contactos de aluminio (las piezas que permiten la conexión con el semiconductor, dentro del paquete) pueden desprenderse y romper la conexión entre el semiconductor y el mundo exterior a temperaturas no muy superiores a las normales de funcionamiento (unos 250 °C).
Dicho esto, los dispositivos típicos de SiC pueden funcionar a temperaturas mucho más elevadas que los de silicio. Esa es, de hecho, una de las ventajas del SiC sobre el silicio (aunque no la principal).
Es difícil prueba dispositivos a altas temperaturas. Muchos hornos para pruebas de fiabilidad no superan los 180 °C, por lo que es muy posible que una pieza funcione bien más allá de los 200 °C, pero el fabricante no sienta la necesidad de invertir en nuevos equipos de prueba para probarla más allá de los 175 °C.
También hay que tener en cuenta que la fuga inversa de un diodo es exponencial con la temperatura, lo que significa que sube rápidamente a medida que la pieza se calienta. Eso puede limitar el rango de temperatura utilizable para sus propósitos.
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