碳化硅(SiC)会是功率器件的终极选择吗?

  碳化硅(SiC)是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料,世界各国对SiC的研究非常重视,纷纷投入大量的人力物力积极发展,美国、欧洲、日本等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划,而且一些国际电子业巨头也都投入巨资发展碳化硅半导体器件。  

  三大优势

  与普通硅相比,采用碳化硅的元器件有如下特性:

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  高压特性

  碳化硅器件是同等硅器件耐压的10倍

  碳化硅肖特基管耐压可达2400V。

  碳化硅场效应管耐压可达数万伏,且通态电阻并不很大。

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  高频特性

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  高温特性

  SiC器件分类

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  SiC-MOSFET

  SiC-MOSFET 是碳化硅电力电子器件研究中最受关注的器件,成果最为突出的就是美国的Cree公司和日本的ROHM公司。

  Cree公司2011 年推出首款碳化硅MOSFET,可以降低光伏逆变器的损耗,并使得其能够在更高效率及更高功率密度下工作。2013年推出第二代碳化硅 MOSFET,现今其SiC-MOSFET产品家族成员如下:

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  ROHM公司2002年开始SiC-MOSFET的基础实验,2005年SiC-MOSFET样品出货,2010年量产。至今产品历经三代,成功实现了由平面结构向沟槽结构的跨越。

 

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  ROHM公司SiC元器件发展历程

  平面vs沟槽

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  SiC-MOSFET采用沟槽结构可最大限度地发挥SiC的特性。

 

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  在Si材料已经接近理论性能极限的今天,SiC功率器件因其高耐压、低损耗、高效率等特性,一直被视为“理想器件”而备受期待。然而,相对于以往的Si材质器件,SiC功率器件在性能与成本间的平衡以及其对高工艺的需求,将成为SiC功率器件能否真正普及的关键。


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