什么是碳化硅SiC?碳化硅的特性分析

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什么是碳化硅SiC?

近年来,使用“功率元器件”或“功率半导体”等说法,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。这是因为,为了应对全球共通的“节能化”和“小型化”课题,需要高效率高性能的功率元器件。

然而,最近经常听到的“功率元器件”,具体来说是基于什么定义来分类的呢?恐怕是没有一个明确的分类的,但是,可按以高电压大功率的AC/DC转换和功率转换为目的的二极管和MOSFET,以及作为电源输出段的功率模块等来分类等等。

SiC(碳化硅)是一种由硅(Si)和碳(C)构成的化合物半导体材料。表1-1列出了各种半导体材料的电气特征,SiC的优点不仅在于其绝缘击穿场强(Breakdown Field)是Si的10倍,带隙(Energy Gap)是Si的3倍,而且在器件制造时可以在较宽的范围内实现必要的P型、N型控制,所以被认为是一种超越Si极限的用于制造功率器件的材料。SiC存在各种多型体(结晶多系),它们的物性值也各不相同。最适合于制造功率器件的是4H-SiC,现在4inch~6inch的单晶晶圆已经实现了量产。

为什么要发展碳化硅?

第一代元素半导体材料:如硅(Si)和锗(Ge);

第二代化合物半导体材料:如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等;

第三代宽禁带材料:如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(ALN)、氧化镓(Ga2O3)等。

第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料,和传统硅材料的主要区别在禁带宽度上。具体来说,禁带宽度是判断一种半导体材料击穿电压高低的重要标志,禁带宽度值越大,则这种材料做成器件耐高压的能力越强。除了更耐高压,碳化硅基功率器件在开关频率、散热能力和损耗等指标上也远远好于硅基器件。此外碳化硅材料能够把器件体积做的越来越小,能量密度越来越大,这也是全球主要的半导体巨头都在不断研发碳化硅器件的重要原因。

碳化硅的特性!

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍,因此与Si器件相比,能够以更高的掺杂浓度并且膜厚更薄的漂移层制作出600V~数千V的高压功率器件。高压功率器件的电阻成分主要由该漂移层的电阻所组成,因此使用SiC材料可以实现单位面积导通电阻非常低的高压器件。理论上当耐压相等时,SiC在单位面积下的漂移层电阻可以降低到Si的1/300。对于Si材料来说,为了改善由于器件

高压化所带来的导通电阻增大的问题,主要使用例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅极双极型晶体管)等少数载流子器件(双极型器件),但是却存在开关损耗较大的问题,其结果是所产生的发热问题限制了IGBT的高频驱动应用。SiC材料能够以具有快速器件结构特征的多数载流子器件(肖特基势垒二极管和MOSFET)实现高压化,因此可以同时实现“高耐压”、“低导通电阻”、“高频”这三个特性。另外,SiC的带隙较宽、大约是Si的3倍,因此能够实现在高温条件下也可以稳定工作的功率器件(目前由于受到封装的耐热

可靠性的制约,只保证到150℃~175℃,但是随着封装技术的发展,将来也可能达到200℃以上的保证温度)。

无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业,从事碳化硅场效应管,碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务,总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内,并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

公司具有国内领先的研发实力,专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务,使客户的系统性能优异、灵活可靠,并具有成本竞争力。

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特别在高低压光耦半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片技术,并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrms SOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装,单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品,另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品,均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。

公司核心研发团队中大部分工程师拥有硕士及以上学位,并有多名博士主持项目的开发。公司建立了科技创新和知识产权管理的规范体系,在电路设计、半导体器件及工艺设计、可靠性设计、器件模型提取等方面积累了众多核心技术,拥有多项国际、国内自主发明专利。

“国之重器,从晶出发,自强自主,成就百年”是国晶微半导体的企业目标,我们为员工提供精彩的发展空间,为客户提供精良的产品服务,我们真诚期待与您携手共赢未来。

审核编辑:黄飞

 

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