你发现了吗?SiC正瞄准电力电子新产业

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       SiC技术为智能电力与电源设计承诺了更高的效率,更小的形式因素,更低的成本,并减少对智能电力与电源设计的冷却要求。

       宽带隙(Wbg)半导体技术的广泛应用在电力电子行业继续增长。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)半导体材料具有优越的性能,与传统的硅技术相比,它们可以在高电压下特别是在高温和开关频率下工作。电力电子系统的设计者正在努力充分利用GaN和SiC器件。碳化硅在一些应用中被采用,特别是电子移动,以满足能源和成本的挑战,在高效率和高功率器件的发展。在大多数电子应用中,硅一直被用作关键的半导体材料,但现在,它被认为比SiC效率低。

       SiC由纯硅和碳组成,与硅相比有三个主要优点:临界雪崩击穿场高,热导率高,带隙宽。SiC具有三个电子伏特(EV)的宽带隙,并且能承受8×10以上的电压梯度而不经历雪崩击穿。较宽的带隙导致较低的高温泄漏电流,从而提高了效率。较高的热导率对应较高的电流密度。SiC衬底的电场强度较高,允许使用较薄的基底结构。这使得与外延硅层相比达到十分之一的厚度成为可能。此外,SiC的掺杂浓度比硅掺杂浓度高2×10。从而降低了元件的表面电阻,大大降低了导通损耗。

       SiC技术现在被广泛认为是硅的可靠替代品。许多电力模块和电力逆变器制造商已经为他们的未来产品路线图奠定了基础。这种WBG技术提供了前所未有的能源效率,大幅度降低了开关损耗和特定负荷下的传导损耗,同时也提供了改进的热管理。

       在电力电子系统中,热设计在保证高能量密度和减小电路尺寸方面起着至关重要的作用。在这些应用中,SiC是一种理想的半导体材料,因为它的热导率几乎比硅半导体高出3倍。SiC技术适用于电机、电机、变频器等大功率工程.电力驱动制造商正在开发新的驱动电路,以满足对更高开关频率的要求,并通过采用更复杂的拓扑结构来减少电磁干扰(EMI)。

       SiC器件需要的外部组件更少,系统布局更可靠,制造商的成本更低。SiC的高效率、小形状和低重量使得智能设计降低了冷却要求。

 

相关应用

       新的高压电池是采用混合动力汽车和电动汽车的主要障碍之一。使用SiC,汽车制造商可以缩小电池的大小,同时降低电动汽车的总成本。此外,由于碳化硅的热性能,制造商也可以降低冷却动力总成组件的成本。这对电动汽车的重量和成本都有积极的影响。

       车载充电器包含各种功率转换元件,如二极管和MOSFET.其目标是通过使用小型无源元件将电力电子设备小型化,从而将它们全部集成起来。这是可能的,如果所使用的半导体可以控制在同一电路与高开关频率。然而,硅的热特性限制了高频开关的解决方案.另一方面,SiC MOSFET为这类应用提供了理想的解决方案。

       长期可靠性已经成为碳化硅MOSFET的一个标志。电力半导体制造商的下一步是开发多芯片功率模块,即混合模块,将传统的硅晶体管和SiC二极管集成在同一个物理器件上。这些模块通过提供较高的击穿电压,可以在较高的温度下工作。他们承诺高效率的操作和进一步缩小设备的规模.

       在目前的市场价格,SiC MOSFET提供了系统级的利益比硅IGBT,我们预计SiC MOSFET的价格将继续下降,因为150毫米晶圆制造业被广泛采用。随着晶片尺寸的增加,每模成本降低,但成品率也会下降。因此,必须不断改进过程。

       最大的挑战是由于较高的制造成本和缺乏批量生产,碳化硅器件被广泛采用。大规模生产碳化硅器件带来了一些挑战,这些挑战需要一个强有力的、深思熟虑的基础设施和制造工艺。这包括晶片测试,这需要测试较小的设备,在较高的电流和电压范围内工作。

       一旦这些挑战得到解决,设计者将增加采用SiC器件,以利用该技术的电气特性,从而大大降低系统成本和提高整体效率。带有车载充电装置和电源转换器的电动汽车是SiC半导体技术的主要候选产品。

 

翻译自powerelectronicsnews.com

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