Важнейшей характеристикой полупроводниковых материалов является их ширина запрещенной зоны. Напомним, что это диапазон энергий, который отделяет валентные электроны от электронов проводимости в полупроводнике.
Чтобы загнать электрон из валентной зоны в зону проводимости, надо сообщить ему энергию, которой хватило бы для того, чтобы пересечь эту реку Стикс, ну т.е. запрещенную зону.
Получается, что если у какого-то полупроводника эта зона достаточно широкая (обычно от 3 эВ), то для такого полупроводника будет «естественным» работать в электрических устройствах с большими токами и напряжениями.
Такой широкозонный полупроводник сможет «переварить» большие энергии, передаваемые по этим устройствам, без былинных отказов, пробоев и прочих перегораний причем даже при повышенных температурах.
Повышенная стрессоустойчивость широкозонных полупроводников связана не только с шириной запрещенной зоны, но и с, как правило, сопутствующей ей стабильностью самого химического соединения, составляющего полупроводник.
Возьмем классического представителя этого класса материалов: карбид кремния SiC. В чем выражается его «стабильность»?
Например, он входит в когорту сверхтвердых материалов, показывая твердость 9–9,5 по шкале Мооса. Для сравнения у алмаза – 10.
При этом гораздо дешевле в производстве, чем его более твердые друзья. Именно поэтому SiC наносят на наждачную бумагу для всевозможных шлифовок и полировок.
При этом SiC сохраняет свои свойства при высоких температурах (свыше 1000 °C) и агрессивных средах (не боится ни кислот, ни щелочей). Как ему это удается?
Ковалентная связь между углеродом и кремнием обладает высокой энергией, чтобы ее разрушить надо затратить много «сил». Кристаллическая решетка соединения (в одной из модификаций) тоже довольно удачная, ее элементарная ячейка представляет собой тетраэдр, не имеющий в общем-то слабых мест и не позволяющий его атомам смещаться слишком сильно.
Получается прекрасное сочетание свойств, а значит такой полупроводниковый материал можно раскрутить в каких-то полезных приложениях. Поговорим об этом отдельно.