Характеристика матеріалів з карбіду кремнію

Характеристика матеріалів з карбіду кремнію

SiC (карбід кремнію) — складний напівпровідник, що складається з кремнію (Si) і вуглецю (C). Порівняно з Si, SiC має в десять разів більшу напруженість поля діелектричного пробою, втричі більшу ширину забороненої зони та втричі більшу теплопровідність. Необхідні області p-типу та n-типу для формування структур приладів у напівпровідникових матеріалах можуть бути сформовані в SiC. Ці характеристики роблять SiC дуже привабливим матеріалом, який можна використовувати для виробництва силових пристроїв з продуктивністю, що значно перевищує продуктивність аналогів Si. Пристрої з SiC можуть витримувати вищу напругу пробою, мають менший питомий опір і можуть працювати при вищих температурах.

SiC існує в різних поліморфних кристалічних структурах, відомих як політипи, наприклад 3C SiC, 6H SiC і 4H SiC. Зараз 4H SiC зазвичай є кращим вибором у фактичному виробництві силових пристроїв. Монокристалічні мікросхеми 4H SiC діаметром від 3 дюймів до 6 дюймів є комерційно доступними.

Переваги використання матеріалів карбіду кремнію в енергетичних пристроях

Напруженість поля діелектричного пробою приблизно в 10 разів вища, ніж у Si. Пристрої з SiC можуть бути виготовлені з тоншими дрейфовими шарами та/або з більшою концентрацією легування, тобто вони мають дуже високі напруги пробою (600 В і вище) і мають дуже низький опір порівняно з кремнієвими пристроями. Опір високовольтних пристроїв в основному визначається шириною області дрейфу. Теоретично, за однакової напруги пробою SiC може зменшити опір одиниці площі дрейфового шару до 1/300 порівняно з Si.

Найпопулярнішим кремнієвим силовим пристроєм для застосування під високою напругою та сильним струмом є IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором). Завдяки використанню IGBT було досягнуто низького опору під високою напругою пробою ціною зниження продуктивності комутації. Невелика кількість носіїв заряду інжектується в область дрейфу, щоб зменшити опір провідності. Коли транзистор вимкнено, потрібен час, щоб ці носії рекомбінувалися та «розсіялися», тим самим збільшуючи втрати на перемикання та час. Навпаки, МОП-транзистори є основними несучими пристроями. Використовуючи високе поле пробою та концентрацію носіїв SiC, SiC MOSFET може поєднувати всі три ідеальні характеристики перемикачів живлення, а саме високу напругу, низький опір і швидку швидкість перемикання.

Більша заборонена зона також означає, що пристрої з SiC можуть працювати при більш високих температурах. Поточна гарантована робоча температура для пристроїв із SiC становить від 150 градусів C до 175 градусів C. Це головним чином пов’язано з термічною надійністю упаковки. У належній упаковці вони можуть працювати при температурах 200 градусів за Цельсієм або вище.

Www.superbheater.com