碳化硅二極管器件在電子領(lǐng)域中有何優(yōu)勢(shì)

碳化硅二極管

碳化硅材料的半導(dǎo)體，雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，目前碳化硅的成本已經(jīng)下降了不少，但按市場(chǎng)性?xún)r(jià)比來(lái)看，同類(lèi)型的硅材料與碳化硅半導(dǎo)體器件的價(jià)格相差十倍以上。碳化硅單晶可用于制造晶體管（二極管和晶體管）。由于碳化硅具有較大的禁帶寬度，制成的器件可以承受高壓和高溫，是制作大功率器件的良好材料。缺點(diǎn)是其單晶的制造比較困難，器件工藝也不成熟，而且在器件中的歐姆接觸難以做好（因?yàn)槭菍捊麕О雽?dǎo)體,重?fù)诫s難以起作用）在半導(dǎo)體器件的應(yīng)用方面，隨著碳化硅生產(chǎn)成本的降低，碳化硅由于其優(yōu)良的性能而可能取代硅作芯片，打破硅芯片由于材料本身性能的瓶頸，將給電子業(yè)帶來(lái)革命性的變革。

碳化硅二極管的優(yōu)點(diǎn)

(1) 碳化硅二極管的優(yōu)點(diǎn)如下：碳化硅JFET具有輸入阻抗高、噪聲低、線性度好等特點(diǎn)。是目前發(fā)展最快的碳化硅器件之一，也是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的器件。與MOSFET器件相比，JFET器件不存在柵氧化層缺陷和載流子遷移率低的局限性所帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。同時(shí)，單極工作特性使其保持良好的高頻工作能力。此外，JFET器件具有更好的高溫工作穩(wěn)定性和可靠性。

(2) 碳化硅JFET器件的柵極結(jié)結(jié)構(gòu)使得通常JFET的閾值電壓大多為負(fù)，即常開(kāi)型器件，這對(duì)電力電子應(yīng)用極為不利，也無(wú)法與目前常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電路兼容。美國(guó)Semisouth公司和羅格斯大學(xué)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出增強(qiáng)型器件，通過(guò)引入溝槽注入或臺(tái)面溝槽結(jié)構(gòu)（TIVJFET）器件工藝，可以正常關(guān)閉。然而，增強(qiáng)模式的設(shè)備往往形成在一定的正向導(dǎo)通電阻特性的犧牲。因此，通常上型(耗盡模式)JFET更容易獲得更高的功率密度和電流能力，而耗盡型JFET器件則可以作為級(jí)聯(lián)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)正常的離線工作狀態(tài)。級(jí)聯(lián)的方法是通過(guò)串聯(lián)一個(gè)低壓硅基MOSFET實(shí)現(xiàn)的。級(jí)聯(lián)JFET器件的驅(qū)動(dòng)電路與一般的硅基器件驅(qū)動(dòng)電路自然兼容。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)非常適合在高壓大功率應(yīng)用中取代原有的硅IGBT器件，直接避免了驅(qū)動(dòng)電路的兼容性問(wèn)題。

(3) 目前，碳化硅JFET器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，主要是英飛凌和SiCED推出的產(chǎn)品。產(chǎn)品電壓等級(jí)為1200V、1700V，單管電流等級(jí)可達(dá)20A，模塊電流等級(jí)可達(dá)100A以上。2011年，美國(guó)田納西大學(xué)報(bào)道了一種50kW的碳化硅模塊，該模塊采用1200V/25A SiC JFET并聯(lián)，反并聯(lián)二極管為SiCSBD。2011年，環(huán)球電力電子公司利用SiCJFET開(kāi)發(fā)了高溫條件下的SiC三相逆變器。該模塊的峰值功率為50kW（該模塊在中等負(fù)載水平的效率為98.5%@10kHz,10kW，與硅模塊相比效率更高。2013年，羅克韋爾采用600V/5AMOS增強(qiáng)型JFET和碳化硅二極管并聯(lián)，生產(chǎn)出三相電極驅(qū)動(dòng)模塊，電流等級(jí)為25A，并將其與當(dāng)今更先進(jìn)的IGBT和pin二極管模塊進(jìn)行了比較：在相同的功率水平（25A/600V）下，面積減小到60%。該模塊旨在降低通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗以及電源回路中的過(guò)壓和過(guò)流。

碳化硅（SiC）是目前最成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料。世界各國(guó)都非常重視SiC的研究，投入了大量的人力、物力進(jìn)行積極的開(kāi)發(fā)。美國(guó)、歐洲、日本等不僅在國(guó)家層面制定了相應(yīng)的法規(guī)。研究規(guī)劃，而一些國(guó)際電子巨頭也投入巨資開(kāi)發(fā)碳化硅半導(dǎo)體器件。

KeepTops碳化硅二極管產(chǎn)品特點(diǎn)。

基于日益嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)對(duì)高能效產(chǎn)品的需求，KeepTops半導(dǎo)體推出新型600V—1700V碳化硅二極管，幫助制造商滿足這些不斷提高的能效要求，并提供更好的可靠性、耐用性和成本效率。

KeepTops半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造的碳化硅二極管型號(hào)恢復(fù)時(shí)間短，溫度對(duì)開(kāi)關(guān)行為的影響較小，標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍為—55至175攝氏度，大大減少了對(duì)散熱片的需求。硅器件相比，碳化硅二極管的主要優(yōu)勢(shì)在于其超快的開(kāi)關(guān)速度和無(wú)反向恢復(fù)電流，從而顯著降低了開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的能效。更快的開(kāi)關(guān)速度還允許制造商減小產(chǎn)品電磁線圈和相關(guān)無(wú)源元件的尺寸，從而提高裝配效率，減輕系統(tǒng)重量，降低物料清單（BOM）成本。

應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢(shì)。

1. 太陽(yáng)能逆變器。

硅基二極管是太陽(yáng)能發(fā)電用二極管的基礎(chǔ)材料，其技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于普通雙極二極管（silicon bipolar）工藝。碳化硅二極管在開(kāi)和關(guān)狀態(tài)之間切換非?？?，而且沒(méi)有與普通雙極二極管技術(shù)切換相關(guān)的反向恢復(fù)電流。消除反向恢復(fù)電流效應(yīng)后，碳化硅二極管的能耗降低了70%，在很寬的溫度范圍內(nèi)保持了高能效，并提高了設(shè)計(jì)人員優(yōu)化系統(tǒng)工作頻率的靈活性。碳化硅二極管提高了太陽(yáng)能逆變器的效率。效率。

2. 新能源汽車(chē)充電器。

碳化硅二極管通過(guò)汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品測(cè)試，極性連接擊穿電壓提高到650V，可以滿足設(shè)計(jì)師和汽車(chē)制造商希望降低電壓補(bǔ)償系數(shù)的要求，以保證車(chē)載充電半導(dǎo)體元器件的標(biāo)稱(chēng)電壓和瞬時(shí)峰值電壓。它們之間有足夠的安全裕度。雙管二極管產(chǎn)品可以最大限度地提高空間利用率，減輕車(chē)載充電器的重量。

3. 開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)。

碳化硅的使用允許極快的開(kāi)關(guān)，高頻操作，零恢復(fù)和溫度獨(dú)立的行為，加上我們的低電感反相封裝，這些二極管可用于任何快速開(kāi)關(guān)二極管電路或高頻轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用數(shù)量。

4. 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

碳化硅二極管：主要用于重型電機(jī)和工業(yè)設(shè)備中的高頻電源轉(zhuǎn)換器，它可以帶來(lái)高效率，大功率，和高頻率的優(yōu)點(diǎn)。