碳化硅宽带隙半导体有什么好处

宽带隙 (WBG) 半导体极大地影响了使用它们的设备的可能性。材料的带隙是指电子从半导体价带的最高占据态移动到导带的最低未占据态所需的能量。

常规硅具有 1.1-eV 的带隙。然而，WBG 半导体，例如由碳化硅和氮化镓制成的半导体，通常具有 2 到 3 倍的带隙。

下面详细了解为什么人们越来越有兴趣为其项目选择 SiC WBG 半导体。

理想的电热特性

碳化硅半导体可以以更快的开关速度更好地处理更高的能量水平。更高的电热导率意味着人们可以通过选择 SiC 半导体来节省成本。这样做可以让他们缩小开关设计中常用的变压器和电感器等组件的尺寸。

设备的热导率与散热的难易程度有关。由于 SiC 的导热性比硅好得多，因此当优先事项之一是防止设备过热和发生故障时，它是一个不错的选择。相反，在过热后冷却具有低导热率的半导体更加困难。这可能会导致性能质量暂时下降。

另一个优点是，与硅制成的半导体相比，SiC WBG 半导体可以在更高的温度下安全运行。这使得它们成为必须在炎热、恶劣的环境中工作而不会遭受性能损失的设备的理想选择。

更好的能源效率

SiC WBG 半导体也可能比由硅制成的半导体更节能。原因之一是它减少了功率损失的情况。

人们还对将 SiC 半导体用于电动汽车 (EV) 充电器感兴趣。最近的一项研究有助于说明这一点。它显示出 13:1 的能源节约与投资于 SiC 芯片的增量功率比那些由硅制成的芯片。研究人员证实，这种显着差异将促进更快的充电时间、更长的续航里程和更轻的充电电子设备。他们还指出，这些好处将使使用这种半导体技术的汽车更具可持续性和更长的使用寿命。

电动汽车行业的专业人士不断寻找创新方法，以确保电动汽车车主有足够的动力到达他们需要去的地方。一些举措甚至涉及将充电器直接提供给需要它们的人。

像这样的前瞻性选择无疑是有用的。然而，如果让汽车工作的内部技术逐渐提高能源效率，那就更好了。人们应该对将电动汽车作为主要交通工具并放弃使用化石燃料的交通工具更感兴趣。

碳化硅半导体提供的更高能源效率也可能改变城市获取电力的方式。与新加坡南洋理工大学相关的一个项目的重点是通过电网节省能源和成本，同时提高电网的弹性并减少碳足迹。该计划的一部分涉及构建一个包含 SiC 高频双向逆变器和转换器的智能电网。研究人员认为，这将帮助他们实现许多目标并推动电网技术向前发展。

增强了对更小、更轻组件的适用性

当今的许多电子产品都在不断推动以适应更小、更轻的封装。SiC 半导体的可用性满足了这两种需求。具有更紧凑的电力电子模块的设备具有许多吸引制造商和消费者的优势。

减小设备内部功率转换设备的尺寸和重量可能会导致相关制造商的资本和运营经验减少。如果这些成本削减被转移，想要这些设备的人会发现它们更实惠，并认为制造商具有竞争力。

人们还经常提到 5G 网络的进步将如何通过允许持续、更准确的患者监测最终使人们更健康。已经进行了关于将 SiC 半导体用于体内使用的智能设备的研究。这表明它们提供的生物相容性使它们在使用过程中不太可能引起不需要的免疫反应。应用于深部组织癌症治疗的神经植入物和设备的 SiC 纳米技术是两个新兴的研究领域。

5G 讨论的另一个常见话题是，它将如何为能够顺利融入人们生活、在后台无缝工作的联网设备开辟新机遇。碳化硅半导体将为这些改进铺平道路，从而产生更时尚、更强大、高性能的机器。

有兴趣了解 SiC WBG 半导体如何融入其利用 5G 革命的计划的公司也将更容易获得这些好处。Cree 和 Bosch 是最近宣布有意增加 SiC 半导体产量的几个品牌。

碳化硅半导体带来积极发展

本概述说明了为什么 SiC WBG 半导体具有如此多吸引人的特性，从而证明电子设计人员比以前更频繁地选择它们是合理的。几十年来，硅半导体一直很好地服务于社会，但它们已无法满足世界短期内的需求。WBG 半导体，包括由 SiC 制成的半导体，将弥补不足。此外，随着人们尝试在更广泛的应用程序中使用它们，设计人员会对哪些项目可能需要使用它们感到更受启发。

审核编辑：汤梓红