Karakteristika for siliciumcarbidmaterialer

Karakteristika for siliciumcarbidmaterialer

SiC (siliciumcarbid) er en sammensat halvleder sammensat af silicium (Si) og kulstof (C). Sammenlignet med Si har SiC ti gange den dielektriske nedbrydningsfeltstyrke, tre gange båndgabet og tre gange den termiske ledningsevne. De nødvendige p-type og n-type områder til dannelse af enhedsstrukturer i halvledermaterialer kan dannes i SiC. Disse egenskaber gør SiC til et yderst attraktivt materiale, der kan bruges til at fremstille kraftenheder med en ydeevne, der langt overstiger dens Si-modstykker. SiC-enheder kan modstå højere gennembrudsspænding, har lavere resistivitet og kan fungere ved højere temperaturer.

SiC findes i forskellige polymorfe krystalstrukturer, kendt som polytyper, såsom 3C SiC, 6H SiC og 4H SiC. På nuværende tidspunkt er 4H SiC sædvanligvis det foretrukne valg i den faktiske fremstilling af kraftenheder. Enkeltkrystal 4H SiC-chips med diametre fra 3 tommer til 6 tommer er kommercielt tilgængelige.

Fordele ved at bruge siliciumcarbidmaterialer i kraftenheder

Den dielektriske nedbrydningsfeltstyrke er omkring 10 gange højere end Si. SiC-enheder kan fremstilles med tyndere driftlag og/eller højere dopingkoncentrationer, hvilket betyder, at de har meget høje gennembrudsspændinger (600V og højere) og har meget lav modstand sammenlignet med siliciumenheder. Modstanden af ​​højspændingsenheder bestemmes hovedsageligt af bredden af ​​driftområdet. I teorien kan SiC under den samme nedbrydningsspænding reducere enhedsarealmodstanden for driftlaget til 1/300 sammenlignet med Si.

Den mest populære siliciumstrømforsyning til højspændings- og højstrømsapplikationer er IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Ved at bruge IGBT blev lav modstand under høj gennembrudsspænding opnået på bekostning af at ofre switchydeevne. Et lille antal ladningsbærere injiceres i driftområdet for at reducere ledningsmodstanden. Når transistoren er slukket, tager det tid for disse bærere at rekombinere og "dissipere", hvorved koblingstab og -tid øges. I modsætning hertil er MOSFET'er majoritetsbærerenheder. Ved at udnytte det høje nedbrydningsfelt og bærerkoncentrationen af ​​SiC, kan SiC MOSFET'er kombinere alle tre ideelle egenskaber ved strømafbrydere, nemlig højspænding, lav modstand og hurtig omskiftningshastighed.

Et større båndgab betyder også, at SiC-enheder kan fungere ved højere temperaturer. Den nuværende garanterede driftstemperatur for SiC-enheder er mellem 150 grader C og 175 grader C. Dette skyldes primært emballagens termiske pålidelighed. Hvis de er pakket korrekt, kan de fungere ved temperaturer på 200 grader Celsius eller højere.

Www.superbheater.com