什麼是碳化矽半導體,它有哪些特點有哪些應用

2021-01-20 大年君愛好電子

一、什麼是碳化矽

碳化矽(SiC)又叫金剛砂,它是用石英砂、石油焦、木屑、食鹽等原料通過電阻爐高溫冶煉而成,其實碳化矽很久以前就被發現了,它的特點是:化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好,硬度大(莫氏硬度為9.5級,僅次於世界上最硬的金剛石(10級))、導熱性能優良、高溫抗氧化能力強等。由於天然含量甚少,碳化矽主要多為人造。

二、碳化矽半導體器件

由於碳化矽具有不可比擬的優良性能,碳化矽是寬禁帶半導體材料的一種,主要特點是高熱導率、高飽和以及電子漂移速率和高擊場強等,因此被應用於各種半導體材料當中,碳化矽器件主要包括功率二極體和功率開關管。功率二極體包括結勢壘肖特基(JBS)二極體、PiN二極體和超結二極體;功率開關管主要包括金屬氧化物半導體場效應開關管(MOSFET)、結型場效應開關管(JFET)、雙極型開關管(BJT)、絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、門極可關斷晶閘管(GTO)和發射極可關斷晶閘管(ETO)等。

1、SiC 肖特基二極體

肖特基二極體最顯著的特點是反向恢復時間短,但是就傳統的肖特基二極體它的耐壓一般不超過200V,但是碳化矽肖特基二極體能擁有較短恢復時間實踐,同時在正向電壓也減少,耐壓也大大超過200V,典型的電壓有650V、1200V等,另外在反向恢復造成的損耗方面碳化矽肖特基二極體也有很大優勢。在開關電源輸出整流部分如果用碳化矽肖特基二極體可以用實現更高的直流電輸出。

2、SiC MOSFET

對於傳統的MOSFET,它的導通狀態電阻很大,開關損耗很大,額定工作結溫低,但是SiC MOSFET導通電 阻、同時輸入電容大大減小,額定工作結溫更是達到200°C。系統可靠性大大增強,穩定的超快速本體二極體,因此無需外部續流二極體。

三、碳化矽半導體廠商

SiC電力電子器件的產業化主要以德國英飛凌、美國Cree公司、GE、ST意法半導體體和日本羅姆公司、豐田公司等為代表。

四、碳化矽半導體應用

碳化矽半導體器件,其高頻、高效、高溫的特性特別適合對效率或溫度要求嚴苛的應用。可廣泛應用於太陽能逆變器、車載電源、新能源汽車電機控制器、UPS、充電樁、功率電源等領域。

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