Elektronik devrelerin içinde sıklıkla kullandığımız yarıiletken elemanlar artık çağımızın vazgeçilmez unsurlarıdır. Basit bir hesap makinesinden üst düzey bir bilgisayara; saatlerimizden evlerimizde kullandığımız beyaz eşyalara kadar her türlü elektronik cihazda yarıiletkenleri kullanırız.
Yarıiletkenlerin keşfi ise 20. Yüzyılın ortalarına dayanmaktadır. İlk yarıiletken transistör 1947 yılında telefon şirketi Bell tarafından icat edilmiştir. Bu transistörün yapımında, bir yarıiletken olan Germanyum kullanıldı. Germanyum ise nadir elementlerden olup elde edilmesi oldukça zordur.
Daha sonraki yıllarda ise, Germanyum tabanlı yarıiletkenler yerine çok daha yüksek sıcaklıklara ve gerilim seviyelerine dayanan, yüksek hızlarda anahtarlama yapabilen Silisyum tabanlı yarıiletkenler kullanılmaya başlandı. Bu nedenle güç elektroniğinde ve kontrol devrelerinde Silisyum tabanlı yarıiletkenler oldukça yoğun bir şekilde kullanılmıştır. Silisyumun bir diğer avantajı ise doğada bol miktarda bulunuyor olmasıydı.
Ancak gelişen teknolojiyle birlikte elektronik dünyasının talepleri de artmıştır. Silisyum tabanlı üretilen elemanlar ise kuramsal olarak sınırlarına dayanmıştır. Artık daha da yüksek hızlarda anahtarlama yapabilen ve bu yüksek anahtarlama hızının oluşturduğu yüksek sıcaklıklarda sorunsuz çalışabilen yarıiletkenler geliştirilmek istenmiştir.
Bu talepler doğrultusunda Silisyuma (Si )alternatif olarak bazı bileşik yarıiletkenler geliştirilmiştir. Bunlardan en dikkat çekeni Silisyum Karbür (SiC)’ dür. Silisyum Karbür (SiC) tabanlı yarıiletkenler gelecek vaat eden bileşiklerdir. Bu bileşik Silisyuma göre oldukça geniş bant aralığına sahiptir. Geniş bant aralığı p-n ekleminde istenmeyen kaçak akımların düşük seviyede olması ve yarıiletken elemanın yüksek sıcaklıklarda sorunsuz çalışabilmesini sağlar.
Geniş bant aralığına sahip olmanın bir diğer avantajı da yüksek seviyedeki gerilimlerde çalışma imkânı sunabilmesidir. Silisyum tabanlı yarıiletkenlerin dayanabileceği elektrik alanı 300 kV/cm’ dir. Bu seviye aşılır ise yarıiletken içerisindeki serbest elektronlar aşırı hızlanırlar ve valans elektronlarına çarparak bağlarını koparırlar. Bağları kopmuş olan bu valans elektronlar diğer valans elektronlara çarparak onların da serbest kalmasına sebep olur. Bu da yarıiletken içerisinde çığ etkisi oluşturur ve serbest haldeki elektron miktarı artarak kesim durumundaki elemanın iletim durumuna geçmesine sebep olur. Yarıiletken eleman artık kullanılamaz hale gelir.
Silisyum Karbür (SiC) tabanlı yarıiletkenlerde çığ olayının oluşması için daha yüksek elektrik alanı olması gerekir. Bu değer, Silisyum için gerekli olan değerin yaklaşık 10 katıdır. Silisyum Karbür (SiC)’ün sağladığı bu avantajı ile yarıiletken devre elemanlarını daha küçük boyutlarda üretebilme imkânı oluşmuştur. Aynı değerde elektrik alanı uygulandığında, bir Silisyum yarıiletkenin gösterdiği dayanımı 10 kat daha küçük boyuttaki Silisyum Karbür(SiC) yarıiletkenin gösterebileceği anlaşılmıştır.
Silisyum Karbür (SiC) bileşikleri ile oluşturulan katmanlar Silisyum katmanlarına göre daha ince yapıda üretilebilir. Bu sayede daha ince üretilen bu katmanlara daha yüksek seviyede katkılama yapılabilir ve iletim dirençleri düşürülebilir. Düşük iletim direnci demek daha az enerji kaybı demektir. Bunun sonucunda ısınmanın da önüne geçilir. Ayrıca Silisyum Karbür (SiC) bileşiklerinin, Silisyum tabanlı elemanlara göre elektron sürüklenme hızları daha yüksektir. Bu sayede çalışma ve anahtarlama frekansları da artmaktadır.
Silisyum Karbür (SiC) tabanlı yarıiletken elemanın kesim durumda iken daha yüksek gerilime dayanma, iletim durumunda ise daha düşük iletim direncine sahip olma, yüksek sıcaklıklarda çalışabilme ve yüksek ısıl iletkenliği sayesine daha hızlı soğuması gibi avantajlarından dolayı artık Silisyum(Si) teknolojisine kuvvetli bir alternatif haline gelmiştir.
