未来发展导向之Sic功率元器件

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未来发展导向之Sic功率元器件


“功率元器件”或“功率半导体”已逐渐步入大众生活,以大功率低损耗为目的二极管和晶体管等分立(分立半导体)元器件备受瞩目。在科技发展道路上的,“小型化”和“节能化”是条必经之路。高效率、高性能的功率元器件的更新换代已经迫在眉睫。

“功率元器件”广泛分以下两大类:

一是以传统的硅半导体为基础的“硅(Si)功率元器件”。

二是“碳化硅(SiC)功率元器件”,与Si半导体相比,损耗更低,高温环境条件下工作特性优异,有望成为新一代低损耗元件。



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SiC功率元器件



 SiC是在热、化学、机械方面都非常稳定的化合物半导体,对于功率元器件来说的重要参数都非常优异。作为元件,具有优于Si半导体的低阻值,可以高速工作,高温工作,能够大幅度削减从电力传输到实际设备的各种功率转换过程中的能量损耗。

SiC功率元器件在节能和小型化方面功效卓著,其产品已经开始实际应用,并且还应用在对品质可靠性要求很严苛的车载设备上。印象中的Sic应该运用于大功率的特殊应用上的,但是实际上,它却是在我们身边的应用中对节能和小型化贡献巨大的功率元器件。


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“数说”碳化硅


碳化硅(SiC)是比较新的半导体材料。SiC是由硅(Si)和碳(C)组成的化合物半导体材料。其结合力非常强,在热、化学、机械方面都非常稳定。SiC存在各种多型(多晶型体),它们的物理特性值各有不同。4H-SiC最适用于功率元器件。

 在功率器件的发展中,Si功率器件已趋其发展的材料极限,难以满足当今社会对于高 频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC为代表的 第三代半导体材料凭借其优异属性,将成为突破口,正在迅速崛起。



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SiC功率元器件的开发背景和优点



SiC功率元器件具有优于Si功率元器件的更高耐压、更低导通电阻、可更高速工作,且可在更高温条件下工作。通过将SiC应用到功率元器件上,实现以往Si功率元器件无法实现的低损耗功率转换。其背景是为了促进解决全球节能课题。

以低功率DC/DC转换器为例,随着移动技术的发展,超过90 %的转换效率是很正常的,然而高电压、大电流的AC/DC转换器的效率还存在改善空间。众所周知,以EU为主的相关节能指令强烈要求电气/电子设备实现包括消减待机功耗在内的节能目标。在这种背景下,削减功率转换时产生的能耗是当务之急。


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