碳化硅(SiC)介绍

2023-11-30

碳化硅由美国人艾奇逊在1891年电熔管件金钢石实验时,实验室环境意外发现的一种渗碳体,1893年艾奇逊科学研究出来工业生产冶炼厂碳化硅的办法,其实就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材质为炉芯论的电阻炉,通电加热器石英石SiO2和碳的混合物形成碳化硅。

SiC(碳化硅)是一种由Si(硅)和C(碳)所组成的化合物半导体材料。不但绝缘层击穿场强是Si的10倍,带隙是Si的3倍,并且在元器件制作过程中还可以在比较宽范围之内操纵必须的p型、n型,因此被认为是一种超过Si极限电力电子器件原材料。SiC中存在各种多体形(结晶体多系),它们物理性能值也不尽相同。用以电力电子器件制做,4H-SiC最合适。

PropertiesSi4H-SiCGaAsGaNCrystal StructureDiamondHexagonalZincblendeHexagonalEnergy Gap:EG(eV)1.123.261.433.5Electron Mobility:μN(cm2/VS)140090085001250Hole Mobility:μP(cm2)600100400200Breakdown Field:EB(V/cm)×1060.330.43Thermal Conductivity(W/cm°C)1.54.90.51.3Saturation Drift Velocity:VS(cm/s)×10712.722.7Relative Dielectric Constant:εS11.89.712.89.5p.n Control○○○△Thermal Oxide○○××SiC的物理特征和特征:

SiC比Si的绝缘层击穿场强宽约10倍,能耐600V~千余V高压。这时,与Si元器件对比,可以提高杂质浓度,并可使膜厚的漂移层变软。高耐压输出功率元器件的电阻成份基本上都是漂移层电阻,电阻值与漂移厚度成正比例提升。由于SiC的漂移层能够变软,因此可制作单位面积的通断电阻极低的高耐压元器件。本质上,只需耐压同样,与Si对比,SiC的利用系数漂移层电阻可降至1/300。

Si 输出功率元器件为提升高耐压化所产生的通断电阻増问题,主要是用IGBT(绝缘栅极双极晶体管)等少数载流子元器件(双极元器件)。但是因为开关损耗大且具备发烫难题,完成高频率推动存有界线。因为SiC可以使肖特基能隙二极管和MOSFET等快速多数载流子元器件的耐压更高一些,因此能够从而实现“高耐压”、“低通断电阻”、“快速”。

这时,带隙是Si的约3倍,可以在更高条件下工作中。如今,受封装形式耐温性的制约可确保150℃~175℃的工作温度,但是随着封装工艺的高速发展将可以达到200℃之上。


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