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碳化硅与硅材料器件的对比优势有哪些?

作者:海飞乐技术 时间:2018-07-31 17:36

  碳化硅功率器件的研发始于20世纪90年代,目前已成为新型功率半导体器件研究开发的主流。业界普遍认为碳化硅功率器件是一种真正的创新技术,有助于对抗全球气候变化,推动太阳能和节能照明系统的市场发展。
 
  碳化硅(SiC)是原子的复合体而不是单晶体,碳化硅的物理特性取决于晶体中碳、硅原子的排列结构,性能的主要差异在于硅和碳原子的相对数目,以及原子排列的不同结构,最普通和典型的是六方晶系的结构,称之为6H-SiC、4H-SiC和3C-SiC。
 
  碳化硅(SiC)半导体材料与常用的第一代半导体材料硅(Si)相比,在多个方面具有明显的优势。碳化硅(SiC)具有宽禁带(Si的2~3倍)、高击穿场强(Si的10倍)、高的热导率(Si的3倍)和强的抗辐射能力。
 
  1.宽禁带提高了工作温度和可靠性
  宽禁带材料可提高器件的工作温度,6H-SiC和4H-SiC禁带宽度分别高达3.0eV和3.25eV,相应本征温度高达800℃以上;即便就是禁带最窄的3C-SiC,其禁带宽度也达到2.3eV左右。用碳化硅做成功率器件,其最高工作温度有可能超过600℃,而硅的禁带宽度为1.12eV,理论最高工作温度200℃,但硅功率器件结温大于150℃~175℃后,可靠性和性能指标已经明显降低。
 
  2.高击穿场强提高了耐压,减小了尺寸
  高的电子击穿场强带来了半导体功率器件击穿电压的提高。同时,由于电子击穿场强提高,在增加渗杂密度条件下,碳化硅功率器件漂移区的宽带可以降低,因此可减小功率器件的尺寸。
 
  3.高热导率提高了功率密度
  热导率指标越高,材料向环境中传导热的能力越强,器件的温升越小,越有利于提高功率器件的功率密度,同时更适合在高温环境下工作。
 
  4.强的抗辐射能力,更适合在外太空环境中使用
  在辐射环境下,碳化硅器件的抗中子辐射能力至少是硅的4倍,因此是制作耐高温、抗辐射的电力电子功率器件和大功率微波器件的优良材料。




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