SiC功率元器件具有優于Si功率元器件的更高耐壓、更低導通電阻、可更高速工作，且可在更高溫條件下工作。SiC是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導體材料。其結合力非常強，在熱、化學、機械方面都非常穩定。利用SiC可以大幅度降低能量損耗，這是SiC很大的優點，接下來希望再了解一下低阻值、高速工作、高溫工作等SiC的特征所帶來的優勢。通過與Si的比較來進行介紹。”低阻值”可以單純解釋為減少損耗，但阻值相同的話就可以縮小元件（芯片）的面積。應對大功率時，有時會使用將多個晶體管和二極管一體化的功率模塊。例如，SiC功率模塊的尺寸可達到僅為Si的1/10左右。關于“高速工作”，通過提高開關頻率，變壓器、線圈、電容器等周邊元件的體積可以更小。實際上有能做到原有1/10左右的例子。“高溫工作”是指容許在更高溫度下的工作，可以簡化散熱器等冷卻機構。如上所述，可使用SiC來改進效率或應對更大功率。而以現狀的電力情況來說，通過使用SiC可實現顯著小型化也是SiC的一大優點。不僅直接節能，與放置場所和運輸等間接節能相關的小型化也是重要課題之一。通過將SiC應用到功率元器件上，實現以往Si功率元器件無法實現的低損耗功率轉換。不難發現這是SiC使用到功率元器件上的一大理由。其背景是為了促進解決全球節能課題。以低功率DC/DC轉換器為例，隨著移動技術的發展，超過90 %的轉換效率是很正常的，然而高電壓、大電流的AC/DC轉換器的效率還存在改善空間。眾所周知，以EU為主的相關節能指令強烈要求電氣/電子設備實現包括消減待機功耗在內的節能目標。在這種背景下，削減功率轉換時產生的能耗是當務之急。不用說，必須將超過Si極限的物質應用于功率元器件。例如，利用SiC功率元器件可以比IGBT的開關損耗降低85%。如該例所示，毫無疑問，SiC功率元器件將成為能源問題的一大解決方案。SiC比Si的絕緣擊穿場強高約10倍，可耐600V～數千V的高壓。此時，與Si元器件相比,可提高雜質濃度，且可使膜厚的漂移層變薄。高耐壓功率元器件的電阻成分大多是漂移層的電阻，阻值與漂移層的厚度成比例增加。因為SiC的漂移層可以變薄，所以可制作單位面積的導通電阻非常低的高耐壓元器件。理論上，只要耐壓相同，與Si相比,SiC的單位面積漂移層電阻可低至1/300。Si 功率元器件為改善高耐壓化產生的導通電阻増大問題，主要使用IGBT（絕緣柵極雙極晶體管）等少數載流子元器件（雙極元器件）。但因為開關損耗大而具有發熱問題，實現高頻驅動存在界限。由于SiC能使肖特基勢壘二極管和MOSFET等高速多數載流子元器件的耐壓更高，因此能夠同時實現 “高耐壓”、“低導通電阻”、“高速”。此時，帶隙是Si的約3倍，能夠在更高溫度下工作。現在，受封裝耐熱性的制約可保證150℃～175℃的工作溫度，但隨著封裝技術的發展將能達到200℃以上。來源：https://www.ewsemi.com/6073
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：什么是SiC功率元器件
