碳化硅肖特基二極管發(fā)展現(xiàn)狀
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摘要 : 以碳化硅為代表的第三代寬帶隙半導(dǎo)體，能在更高的溫度、電壓和頻率環(huán)境下正常工作，同時耗電更少，耐久性和可靠性更強(qiáng)，將為下一代更小尺寸、更快速度、更低成本，更高效的電力電子產(chǎn)品。碳化硅電力電子器件技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化將在高壓電力系統(tǒng)中開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域
以碳化硅為代表的第三代寬帶隙半導(dǎo)體，能在更高的溫度、電壓和頻率環(huán)境下正常工作，同時耗電更少，耐久性和可靠性更強(qiáng)，將為下一代更小尺寸、更快速度、更低成本，更高效的電力電子產(chǎn)品。
碳化硅電力電子器件技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化將在高壓電力系統(tǒng)中開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，對電力體制改革產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。碳化硅電力電子器件具有高效、高壓、高溫、高頻等優(yōu)良性能，在家用電器、汽車節(jié)能、電動汽車、智能電網(wǎng)、航空航天、石油勘探、自動化、雷達(dá)、通信等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
碳化硅功率器件簡介！
1.碳化硅（SIC）的定義
碳化硅（SIC）電力電子器件是由第三代半導(dǎo)體材料SIC制成的寬帶隙電力電子器件，具有耐高溫、高頻、高效率等特點。根據(jù)器件的工作方式，SiC電力電子器件主要包括功率二極管和功率開關(guān)。功率二極管包括結(jié)勢壘肖特基（JBS）二極管、PIN二極管和超結(jié)二極管；功率開關(guān)主要包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)開關(guān)（MOSFET）、結(jié)場效應(yīng)開關(guān)（JFET）、雙極開關(guān)（BJT）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT），門極關(guān)斷晶閘管（GTO）和發(fā)射極關(guān)斷晶閘管（ETO）。
2.技術(shù)優(yōu)勢
與硅器件相比，碳化硅基電力電子器件由于其優(yōu)異的性能，具有以下突出的優(yōu)點：
（1）它的導(dǎo)通電阻較低。在低擊穿電壓（約50V）下，SiC器件的導(dǎo)通電阻僅為1.12uΩ，約為同類器件的1/100。在高擊穿電壓（約5kv）下，比導(dǎo)通電阻提高到25.9mΩ，約為同類硅器件的1/300。低導(dǎo)通電阻使SiC功率電子器件具有較小的導(dǎo)通損耗，可以獲得較高的整體效率。
（2）具有較高的擊穿電壓。例如，商用硅肖特基二極管的耐壓通常在300V以下，而第一個商用碳化硅肖特基二極管的額定電壓已經(jīng)達(dá)到600V；第一個商用碳化硅MOSFET的額定電壓為1200V，而普通硅MOSFET的額定電壓大多在1KV以下。
（3）結(jié)殼熱阻越低，溫升越慢。
（4）硅器件的最高結(jié)溫只有150℃。
（5）較強(qiáng)的抗輻射能力可以減輕航空等領(lǐng)域輻射屏蔽設(shè)備的重量。
（6）SiC器件的正向和反向特性隨溫度變化不大。
（7）降低開度和懸掛損失。碳化硅器件具有較低的開關(guān)損耗，可以在較高的開關(guān)頻率（>20kHz）下工作，這是硅器件在幾十千瓦的功率水平下難以實現(xiàn)的。
三，主要分類
（1）碳化硅肖特基二極管
肖特基勢壘二極管（SBD）作為單極性器件，在導(dǎo)通過程中沒有額外的載流子注入和存儲，因此沒有反向恢復(fù)電流。它的關(guān)斷過程很快，開關(guān)損耗很小。但由于硅的肖特基勢壘低，硅SBD的反向漏電流大，阻斷電壓低，只能在低電壓下使用。PIN二極管通常用于高壓場合，但其反向恢復(fù)電流大，開關(guān)損耗大。由于SiC具有較高的臨界雪崩擊穿電場強(qiáng)度，因此制備反向擊穿電壓在1000V以上的sicsbd比較容易。
基于SiC的這些獨特優(yōu)勢，Cree等半導(dǎo)體器件制造商生產(chǎn)了單器件電流電平為1-20a、電壓電平為300V的高壓SiC肖特基二極管產(chǎn)品，600V和1200V。表1顯示了國際主要碳化硅SBD制造商及其商用設(shè)備的當(dāng)前水平。中鐵二院剛剛推出了最新的1700V碳化硅SBD。SiC肖特基二極管在高壓開關(guān)應(yīng)用中提供了接近理想的性能。它幾乎沒有正向恢復(fù)電壓，所以可以立即打開。不像結(jié)電容器，它有非常小的存儲電荷，可以很快關(guān)閉。
（2）碳化硅功率晶體管
碳化硅MOSFET由于其優(yōu)越的特性和成功的應(yīng)用，成為碳化硅電力電子器件研究中最受關(guān)注的器件。
