本文主要介紹了碳化硅二極管的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展歷史，并詳細(xì)解釋了碳化硅MOS管的分類和結(jié)構(gòu)。硅和碳的[敏感詞]成分是碳化硅（SiC），通常稱為金剛砂。碳化硅在自然界中以礦物莫桑石的形式存在，但非常罕見(jiàn)。然而，自1893年以來(lái)，已大量生產(chǎn)粉末狀碳化硅作為磨料。碳化硅用作磨料已有一百多年的歷史，主要用于砂輪和許多其他磨料應(yīng)用。



“在達(dá)到閾值電壓（VT）之前，SiC具有高電阻。當(dāng)達(dá)到閾值電壓時(shí)，其電阻將大大降低，直到施加的電壓下降到VT以下。SiC最早的電氣應(yīng)用就是利用了這一特性是配電系統(tǒng)中的避雷器（如圖所示）。


由于SiC具有壓敏電阻，因此SiC芯柱可以連接在高壓線和地面之間。如果電源線被雷電擊中，則電源電壓將升高并超過(guò)SiC避雷器的閾值電壓（VT），從而將雷電流引導(dǎo)并傳遞到地面（而不是電源線），從而不會(huì)造成傷害。但是這些SiC避雷器在電源線的正常工作電壓下會(huì)傳導(dǎo)過(guò)多的電流。因此，火花隙必須串聯(lián)。當(dāng)電源線的電壓由于雷擊而上升時(shí)，火花隙將電離并導(dǎo)電，從而有效地將SiC避雷器連接到電源線和地面之間。后來(lái)，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)避雷器使用的火花隙不可靠。由于材料故障，灰塵或鹽分侵入，可能會(huì)發(fā)生火花間隙在需要時(shí)無(wú)法觸發(fā)電弧或在雷電后無(wú)法熄滅電弧的情況。碳化硅避雷器最初旨在消除對(duì)火花間隙的依賴性，但是由于其可靠性，帶間隙的碳化硅避雷[敏感詞]多被氧化鋅芯無(wú)間隙壓敏電阻所取代。

電力電子中的SiC

由碳化硅生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件有很多類型，包括肖特基二極管（也稱為肖特基勢(shì)壘二極管或SBD），J型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（或JFET）以及用于大功率開(kāi)關(guān)應(yīng)用晶體管的場(chǎng)效應(yīng)。一些公司開(kāi)始嘗試將碳化硅肖特基二極管裸芯片應(yīng)用于電力電子模塊。實(shí)際上，硅襯底已被廣泛用于IGBT功率模塊和功率因數(shù)校正電路中。

SiC的優(yōu)缺點(diǎn)

碳化硅基電力電子組件如此吸引人的原因之一是，在給定的阻斷電壓下，其摻雜密度幾乎是硅基器件的摻雜密度的一百倍。以此方式，可以獲得具有低導(dǎo)通電阻的高阻斷電壓。低導(dǎo)通電阻對(duì)于大功率應(yīng)用非常重要，因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)通電阻降低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較少的熱量，從而降低了系統(tǒng)的熱負(fù)荷并提高了整體效率。



然而，在基于碳化硅的電子部件的生產(chǎn)中存在一些困難，并且消除缺陷已經(jīng)成為最重要的問(wèn)題。這些缺陷將導(dǎo)致由SiC晶體制成的組件的反向阻擋性能差。除了晶體質(zhì)量問(wèn)題之外，二氧化硅和SiC之間的界面問(wèn)題也阻礙了SiC基功率MOSFET和絕緣柵雙極晶體的發(fā)展。幸運(yùn)的是，在生產(chǎn)中使用氮化技術(shù)可以大大減少導(dǎo)致這些界面問(wèn)題的缺陷。

SiC磨料片

碳化硅在許多工業(yè)應(yīng)用中仍被用作磨料。在電子工業(yè)中主要用作拋光膜，以在熔接之前對(duì)光纖的兩端進(jìn)行拋光。這些可以為光纖連接器帶來(lái)高度的平滑度，以實(shí)現(xiàn)高效的操作。碳化硅已經(jīng)生產(chǎn)了一百多年，但直到最近才在電力電子行業(yè)中使用。由于其特殊的物理和電氣特性，在高壓和高溫應(yīng)用中非常有用。



如今，碳化硅二極管被用于各個(gè)領(lǐng)域。



1.太陽(yáng)能逆變器。



碳化硅二極管是太陽(yáng)能發(fā)電二極管的基本材料，在各種技術(shù)指標(biāo)上均優(yōu)于普通的雙極二極管技術(shù)。碳化硅二極管的通斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)速度非常快，并且在使用普通雙極二極管技術(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有反向恢復(fù)電流。消除反向恢復(fù)電流效應(yīng)后，碳化硅二極管的能耗降低了70％，并且可以在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較高的能量效率，從而提高了設(shè)計(jì)人員優(yōu)化系統(tǒng)工作頻率的靈活性。



2.新能源汽車充電器。



通過(guò)汽車產(chǎn)品測(cè)試后，碳化硅二極管的擊穿電壓增加到650伏，可以滿足設(shè)計(jì)人員和汽車制造商降低電壓補(bǔ)償系數(shù)的要求，從而確保標(biāo)稱電壓和瞬時(shí)峰值電壓車載可充電半導(dǎo)體組件之間有足夠的安全裕度。雙管二極管產(chǎn)品可以[敏感詞]地利用空間并減輕車載充電器的重量。

3.開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)。

碳化硅的使用可以非常快速地切換，可以在高頻下運(yùn)行，并且具有零恢復(fù)和與溫度無(wú)關(guān)的特性。利用我們的低電感RP封裝，這些二極管可用于任何數(shù)量的快速開(kāi)關(guān)二極管電路或高頻轉(zhuǎn)換器。



4.產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。



碳化硅二極管：重型電機(jī)和工業(yè)設(shè)備主要用于高頻功率轉(zhuǎn)換器，可帶來(lái)高效率，高功率和高頻的優(yōu)勢(shì)。

SiC器件

[敏感詞]. SiC器件的分類。



碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。



碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管是碳化硅功率電子器件研究中最關(guān)注的器件。如今，硅材料已接近理論性能極限，碳化硅功率器件因其高耐壓，低損耗和高效率而被視為“理想器件”。但是，與以前的硅器件相比，性能和成本之間的平衡以及對(duì)高科技的需求將成為推動(dòng)碳化硅功率器件發(fā)展的關(guān)鍵。



第二，碳化硅MOS的結(jié)構(gòu)。



N +源區(qū)和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)離子注入進(jìn)行N +摻雜，并在1700°C退火。另一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程是形成碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體柵氧化物。由于碳化硅中同時(shí)存在硅原子和碳原子，因此需要一種非常特殊的柵極電介質(zhì)生長(zhǎng)方法。凹槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：



碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝槽結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮碳化硅的特性。



第三，碳化硅MOS的優(yōu)勢(shì)。



一般而言，硅IGBT只能在20kHz以下的頻率下工作。由于材料限制，不能實(shí)現(xiàn)高壓和高頻硅器件。碳化硅MOSFET不僅適用于600V至10kV的寬電壓范圍，而且具有單極器件的出色開(kāi)關(guān)性能。與硅IGBT相比，當(dāng)開(kāi)關(guān)電路中沒(méi)有電流拖尾時(shí)，碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有更低的開(kāi)關(guān)損耗和更高的工作頻率。



20kHz碳化硅MOSFET模塊的損耗可以比3kHz硅IGBT模塊的損耗低一半，而50A的碳化硅模塊可以代替150A的硅模塊。它顯示了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在工作頻率和效率方面的巨大優(yōu)勢(shì)。



碳化硅MOSFET的寄生體二極管反向恢復(fù)時(shí)間trr和反向恢復(fù)電荷Qrr非常小。如圖所示，碳化硅MOSFET的寄生二極管的反向電荷僅為相同電壓規(guī)格的硅基MOSFET的反向電荷的5％。對(duì)于電橋電路（特別是當(dāng)LLC轉(zhuǎn)換器工作在諧振頻率以上時(shí)），此指示器非常關(guān)鍵，它可以減少死區(qū)時(shí)間和體二極管反向恢復(fù)所引起的損耗和噪聲，并有助于改善開(kāi)關(guān)頻率。



四，碳化硅MOS管的應(yīng)用！



碳化硅MOSFET模塊在諸如光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，電動(dòng)汽車和軌道交通等中大功率系統(tǒng)的應(yīng)用中具有巨大優(yōu)勢(shì)。碳化硅器件的高電壓，高頻率和高效率的優(yōu)點(diǎn)可以突破現(xiàn)有電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中器件性能的局限性，這是國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車領(lǐng)域研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。國(guó)外。例如，由電裝和豐田聯(lián)合開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）和純電動(dòng)汽車（EV）中的功率控制單元（PCU）使用碳化硅MOSFET模塊，從而將體積比減小到1/5。三菱公司開(kāi)發(fā)的EV電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用SiCMOSFET模塊將功率驅(qū)動(dòng)模塊集成到電動(dòng)機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)了集成化和小型化的目標(biāo)。預(yù)計(jì)近年來(lái)，碳化硅MOSFET模塊將在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車中廣泛使用。


無(wú)錫國(guó)晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是一家高科技創(chuàng)新型企業(yè)，致力于碳化硅SiC功率器件，氮化鎵GaN光電器件和常規(guī)集成電路的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。它從事于碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管。碳化硅肖特基二極管，GaN光電耦合器繼電器，單芯片集成電路等產(chǎn)品芯片的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和銷售，并提供相關(guān)產(chǎn)品總體方案設(shè)計(jì)的配套服務(wù)，總部位于江蘇省無(wú)錫市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，并深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心，銷售服務(wù)支持中心和辦事處。



該公司的碳化硅功率器件涵蓋650V / 2A-100A，1200V / 2A-90A，1700V / 5A-80A等系列。產(chǎn)品已投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品完全可以與國(guó)際品牌的先進(jìn)質(zhì)量和水平相提并論。先后推出了全電流，全電壓等級(jí)的碳化硅肖特基二極管，碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品，并通過(guò)了工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)的可靠性測(cè)試，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。它們用于太陽(yáng)能逆變器電源，新能源電動(dòng)汽車和充電樁。 ，智能電網(wǎng)，高頻電焊，軌道交通，工業(yè)控制專用電源，[敏感詞][敏感詞]等領(lǐng)域。由于其高速開(kāi)關(guān)和低導(dǎo)通電阻特性，即使在高溫條件下，它也可以表現(xiàn)出出色的電氣特性，極大地降低了開(kāi)關(guān)損耗，使組件更小，更輕，更有效，并改善了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，從而可以提高系統(tǒng)的可靠性。電動(dòng)汽車的[敏感詞]功率范圍可減少10％，整車重量減少約5％，并在設(shè)計(jì)使用的充電樁的高溫環(huán)境中實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。



公司核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)中的大多數(shù)工程師都具有碩士學(xué)位或以上學(xué)歷，并且有許多博士負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。公司建立了科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的標(biāo)準(zhǔn)化體系，在電路設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體器件與工藝設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)，器件模型提取等方面積累了許多核心技術(shù)，并擁有多個(gè)國(guó)際國(guó)內(nèi)獨(dú)立發(fā)明專利。

“國(guó)家最重要的[敏感詞]，從結(jié)晶，自我完善，自力更生，取得百年成功”開(kāi)始，是國(guó)晶微半導(dǎo)體的共同目標(biāo)。我們?yōu)閱T工提供了[敏感詞]的發(fā)展空間，并為客戶提供了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。我們真誠(chéng)期待與您共贏未來(lái)。 。

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