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                            應用領域

                            信息來源:KIA半導體 日期:2016-03-16 

                            近些年來,隨著節能意識幾乎在所有的領域持續高漲,在高電壓工業設備領域中,可實現節能并支持高電壓的功率半導體和電源IC應用也越來越廣泛。其中,與現有的Si功率半導體相比,可支持更高電壓、有助于實現小型化且更加節電的SiC功率半導體備受矚目。



                            碳化硅(SiC)是一種Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體材料,具有多種同素異構類型。其典型結構可分為兩類:一類是閃鋅礦結構的立方SiC晶型,稱為3C或 β-SiC,這里3指的是周期性次序中面的數目;另一類是六角型或菱形結構的大周期結構,其中典型的有6H、4H、15R等,統稱為α-SiC。與Si相 比,SiC材料具有更大的Eg、Ec、Vsat、λ。大的Eg使SiC可以工作于650℃以上的高溫環境,并具有極好的抗輻射性能。


                            相比于Si器件,SiC功率器件的優勢體現在哪些方面?

                            作為一種寬禁帶半導體材料,SiC對功率半導體可以說是一個沖擊。這種材料不但擊穿電場強度高、熱穩定性好,還具有載流子飽和漂移速度高、熱導率高等特 點。具體來看,其導熱性能是Si材料的3倍以上;在相同反壓下,SiC材料的擊穿電場強度比Si高10倍,而內阻僅是Si片的百分之一。SiC器件的工作 溫度可以達到600℃,而一般的Si器件最多能堅持到150℃。

                            因為這些特性,SiC可以用來制造各種耐高溫的高頻大功率器件,應用于Si 器件難以勝任的場合。以SiC肖特基二極管為例,它是速度最快的高壓肖特基二極管,無需反向恢復充電,可大幅降低開關損耗、提高開關頻率,適用于比采用硅 技術的肖特基二極管高得多的操作電壓范圍,例如,600V SiC肖特基二極管可以用在SMPS中,300V SiC肖特基二極管可以用作48~60V快速輸出開關電源的整流二極管,而1,200V SiC肖特基二極管與硅IGBT組合后可以作為理想的續流二極管。

                            采用硅材料的MOSFET在提高器件阻斷電壓時,必須加寬器件的漂移區,這會使其內阻迅速增大,壓降增高,損耗增大。阻斷電壓范圍在 1,200~1,800V的硅MOSFET不僅體積大,而且價格昂貴。IGBT雖然在高壓應用時可降低導通功耗,但若開關頻率增加時,開關功耗亦隨之增 大。因此IGBT在高頻開關電源上亦有其本身的限制。而用SiC做襯底的MOSFET,可輕易做到1,000~2,000伏的MOSFET,其開關特性 (結電容值,開關損耗,開關波型等)則與100多伏的硅MOSFET相若,導通電阻更可低至毫歐值。在高壓開關電源應用上,完全可取代硅IGBT并可提高 系統的整體效率以及開關頻率。


                            價格較貴是否會是采用SiC功率器件的一個阻礙?

                            單就Si器件和SiC器件的價差來看,確實有較大的差異,但如果從SiC器件帶來的系統性能提升來看,將會發現其帶來的總體效益遠遠超過兩類器件的價差。在SiC特別適合的高壓應用中,如果充分發揮SiC器件的特性,這一整體優勢表現得非常明顯。

                            具 體來看,其整體優勢主要體現在下面幾個方面:一是SiC功率器件帶來開關損耗的大幅降低,可以大大提高系統的效率;二是因為SiC器件無反向恢復、散熱性 能好等特點,減少周邊器件的使用或者采用體積較小的器件,線路也得到優化,從而在整體上縮減了系統尺寸;最后,因為效率提高、器件精簡從而獲得了系統整體 成本的節約。



                            針對未來的發展,KIA半導體最新設計出碳化硅場效應管SiC MOSFET,適用于充電樁、無人機、太陽能逆變等高新科技領域。



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