[分享] 有关碳化硅，不可不知的5件事！

木犯001号 2023-8-29 15:15 楼主

碳化硅介绍：碳化硅 (SiC) 是由硅 (Si) 和碳 (C) 组成的半导体化合物，属于宽带隙 (WBG) 材料系列。因它的物理结合力非常强，使半导体具有很高的机械、化学和热稳定性。宽带隙和高热稳定性允许 SiC器件在高于硅的结温下使用，甚至超过 200°C。碳化硅在功率应用中的主要优势是其低漂移区电阻，这是高压功率器件的关键因素。

碳化硅的主要性能有哪些？

硅与碳的结合使这种材料具有出色的机械、化学和热性能，包括：

导热系数高
热膨胀系数低和优异的抗热震性
低功率和开关损耗
高能效
高工作频率和温度（工作温度高达 200°C 结点）
小芯片尺寸（具有相同的击穿电压）
本征体二极管（MOSFET 器件）
出色的热管理，可降低冷却要求
寿命长

碳化硅在电子领域有哪些应用？

碳化硅是一种非常适合电力应用的半导体，这主要归功于它具有更高的热导率、更高的电子迁移率和更低的功率损耗。碳化硅二极管和晶体管还可以在更高的频率和温度下工作，而不会影响可靠性。SiC 器件的主要应用，例如肖特基二极管和 FET/MOSFET 晶体管，包括转换器、逆变器、电源、电池充电器和电机控制系统。

为什么碳化硅能承受这么高的电压？

功率器件，尤其是 MOSFET，必须能够处理极高的电压。由于电场的介电击穿强度比硅高约十倍，SiC 可以可以承受更高的电压，从 600V 到几千伏。SiC 可以使用比硅更高的掺杂浓度，并且漂移层可以做得非常薄。漂移层越薄，其电阻越低。理论上，给定高电压，单位面积漂移层的电阻可以降低到硅的1/300。

碳化硅如何实现比硅更好的热管理？

重要参数是热导率，它是半导体如何散发其产生的热量的指标。如果半导体不能有效散热，则器件可以承受的最大工作电压和温度会受到限制。这就是碳化硅优于硅的另一个领域：碳化硅的导热率为 1490 W/mK，而硅的导热率为 150 W/mK。

为什么SiC在功率应用中战胜了Si？

尽管硅是电子产品中使用最广泛的半导体，但其开始显示出一些局限性，尤其是在高功率应用中。这些应用中的一个相关因素是半导体提供的带隙或能隙。硅的带隙约为 1.12eV，而碳化硅的带隙值约为 3.26eV 的近三倍。当带隙很高时，它使用的电子设备可以更小、运行得更快、更可靠。它还可以在比其他半导体更高的温度、电压和频率下运行。