SiC（碳化硅）功率元器件的理解和活用事例

SiC（碳化硅）功率元器件的理解和活用事例 1 SiC( ) 2 SiC-SBD( - ) 3 SiC-MOSFET( -M ROHM主办研讨会的分发资料。 本资料展示在电源产品的更小型、更低功耗、更 高效方面潜力巨大的碳化硅（SiC）的基本物理特性、用作二极管、晶体管的使 用方法和应用例。 ### SiC（碳化硅）功率元器件的理解与活用案例 #### 一、SiC基本概述 **碳化硅（SiC）**作为一种宽禁带半导体材料，在电子器件领域展现出巨大潜力。与传统的硅（Si）相比，SiC具有更高的击穿电场强度、热导率以及更宽的带隙等特性，这使得基于SiC制造的功率元器件能够承受更高的电压、温度，并且拥有更好的散热性能。 #### 二、SiC-SBD（肖特基势垒二极管） **SiC-SBD**是一种利用SiC材料特性制作而成的二极管。与传统硅基肖特基二极管相比，SiC-SBD具备更快的开关速度、更低的正向压降以及更高的耐温能力。这些优势使得SiC-SBD在高压、高频应用中成为首选，例如电动汽车、太阳能逆变器等领域。 #### 三、SiC-MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管） **SiC-MOSFET**是另一种重要的SiC基功率器件。相比于传统的硅基MOSFET，SiC-MOSFET不仅能够工作在更高的电压下，而且还具有更低的导通电阻、更高的工作频率等优点。这些特性使得SiC-MOSFET非常适合应用于高压直流转换器、电机驱动等领域。 #### 四、SiC的关键物理特性 SiC的物理特性包括但不限于： - **高熔点**：SiC的熔点超过2000°C，这意味着它可以用于高温环境下的应用。 - **宽带隙**：其能隙宽度约为3.26eV，远高于硅的1.12eV，这使得SiC能够在更高温度下保持良好的电气性能。 - **六方晶系结构**：4H-SiC是最常见的结构之一，具有六方晶系结构，这种结构有助于提高器件的稳定性和可靠性。 - **高击穿电场强度**：SiC的击穿电场强度高达3×10^6 V/cm，远高于硅（0.3×10^6 V/cm），使其能够在高电压下保持稳定的性能。 - **高热导率**：SiC的热导率为4.9 W/cmK，相比之下硅仅为1.5 W/cmK，这意味着SiC器件有更好的散热性能。 - **电子迁移率**：SiC的电子迁移率为900 cm^2/Vs，虽然低于硅的1400 cm^2/Vs，但在高功率应用中仍表现出色。 #### 五、ROHM SiC技术进展 **ROHM**是一家全球领先的半导体制造商，在SiC功率器件的研发和生产方面处于领先地位。ROHM自2002年起就开始了SiC-MOSFET的研发，并在2004年实现了商业化生产。此后，ROHM不断推出高性能的SiC-MOSFET产品，如2006年的3.1 mΩ·cm^2 MOSFET、2010年的1.7 Ω·cm SiC MOSFET等。此外，ROHM还推出了SiC-SBD和集成式SiC功率模块，为各种应用提供了全面的解决方案。 ### 结论 通过以上分析可以看出，SiC功率器件因其出色的物理性能而在现代电力电子领域占据着越来越重要的地位。随着技术的进步和成本的降低，预计未来SiC功率器件的应用范围将进一步扩大，为实现更高效、更紧凑的电力系统做出贡献。