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碳化硅半导体材料展望

泰科天润半导体科技2020-08-14 12:44:58

碳化硅虽然不是一种新材料,但是在电子器件领域应用的研究只是最近十年才开始的。碳化硅材料的发展,显示出它在高压、高温、高功率电子学器件占有绝对的优势,是其它任何材料都无法取代的。


 

  4H-SiC和6H-SiC的施主激活能为10-120mv,都比硅的要高,因而,4H-SiC和6H-SiC增强施主的离化比硅在更高的温度下发生,于是其特性不灵敏于温度,它的高温工作和低的导通电阻Ron,令功率开关转换器、逆变器开关损耗显著减小。

  碳化硅的热导率高(为硅的2~3倍多),这样就更有利于变换器、逆变器开关损耗显著减小,同时提高效率。

  目前的碳化硅技术还处于不断开发进取过程中,用碳化硅制作的高压功率肖特基二极管最为成熟,制作其它功率器件,比如功率开关晶体管等还处于研发过程中,个别国外公司虽然有产出但是也没有实现批量供应市场。

  随着全球变暖问题,和提高产品使用率问题等,都极待要求低能耗的新型电子设备。同时这些电子设备最大能耗发生在供电电源中,即功率变换器中。而变换器最大损耗由开关器件的造成,包括晶体管和二极管。另外在空间应用、军事应用方面工作环境特殊一般190℃~280℃温度范围循环工作,而对开关器件的要求更高达300℃。硅器件由于物理特性限制,减小损耗、提高工作温度是极其困难的。

  款静待半导体碳化硅器件相对硅器件性能更加优异。有高十倍的击穿电场,高热导率(与铜相近),以及较低的本证载流子浓度。这些特性令碳化硅器件能工作于高频、高压、高温等苛刻条件,易于实现下一代有及其高效的、尺寸较小的开关电源。它的高击穿电场特别有利于开关电源抗浪涌(电击穿)的可靠性。

  碳化硅材料虽然并非新型材料,但是在电子器件领域应用的研发也是在最近十年才开始的。碳化硅器件凸显在高压大于10KV和高温350℃到500℃功率电子学方面占有绝对优势,是其它任何宽紧带材料、器件与之都不可比拟的。

  就目前碳化硅技术水平而言,制作碳化硅高压功率肖特基整流器最为有利,技术上也作为成熟,已经具有一定的市场。我们将研发两类碳化硅肖特基二极管,600V~1700V SBD和4.5 KV ~6.5KV JBS二极管,这些都是配合硅的IGBT组件的抗关联二极管,这两类碳化硅二极管可使功率转换器电能消耗减少约30%。

  碳化硅材料二极管用途广泛,可用于太阳能电池板逆变器、功率因数校正电路、无间断供电电源、工业电机交流驱动器、风能涡轮机、电动车、混合电动车、智能电网传输与配电、铁路机车牵引、船舶推进器等。碳化硅高温、高压、高频、抗辐射二极管与晶体管进入传统开关电源市场,意义重大,必将产生巨大的经济效益和社会效益。


来源:www.china-igbt.com