碳化硅的主要器件形式及优势有哪些?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/02/08 13:10

碳化硅制成的功率器件根据电学性能差异分成两类。

导电型碳化硅功率器件主要是通过在导电型衬底上生长碳化硅外延层,得到碳化硅外延片后进一步加工制成,品种包括造肖特基二极管、 MOSFET、IGBT等,主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、数据中心、充电等基础建设。

性能优势如下:(1)更强的高压特性。碳化硅的击穿电 场强度是硅的10余倍,使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。(2)更好的高温特性。碳化硅相较硅拥有更高的热导率,使得器件散热更容易,极限工作温 度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升,同时降低对散热系统的要求,使终端可以更加轻量和小型化。(3)更低的能量损耗。碳化硅具有2倍于硅的饱和电 子漂移速率,使得碳化硅器件具有极低的导通电阻,导通损耗低;碳化硅具有3倍于硅的禁带宽度,使得碳化硅器件泄漏电流比硅器件大幅减少,从而降低功率损耗; 碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象,开关损耗低,大幅提高实际应用的开关频率。

半绝缘型碳化硅基射频器件是通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层,制得碳化硅基氮化镓外延片后进一步制成,包括HEMT等 氮化镓射频器件,主要用于5G通信、车载通信、国防应用、数据传输、航空航天。碳化硅、氮化镓材料的饱和电子漂移速率分别是硅的2.0、2.5倍,因 此碳化硅、氮化镓器件的工作频率大于传统的硅器件。然而,氮化镓材料存在耐热性能较差的缺点,而碳化硅的耐热性和导热性都较好,可以弥补氮化镓器件耐热性较 差的缺点,因此业界采取半绝缘型碳化硅做衬底,在衬底上生长氮化镓外延层后制造射频器件。