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碳化硅
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碳化硅功率器件的性能優勢

文章出處:半導體材料與工藝設備網責任編輯:作者:MRC人氣:-發表時間:2022-09-19 17:07:00【

碳化硅在半導體中存在的主要形式是作為襯底材料,基于其優良的特性,碳化硅襯底的使用極限性能優于硅襯底,可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求,當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件。碳化硅器件優點如下:

(1)耐高壓。擊穿電場強度大,是硅的10倍,用碳化硅制備器件可以極大地提高耐壓容量、工作頻率和電流密度,并大大降低器件的導通損耗。所以在實際應用過程中,與硅基相比可以設計成更小的體積,約為硅基器件的1/10。

(2)耐高溫。半導體器件在較高的溫度下,會產生載流子的本征激發現象,造成器件失效。禁帶寬度越大,器件的極限工作溫度越高。碳化硅的禁帶接近硅的3倍,可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性。硅器件的極限工作溫度一般不能超過300℃,而碳化硅器件的極限工作溫度可以達到600℃以上。同時,碳化硅的熱導率比硅更高,高熱導率有助于碳化硅器件的散熱,在同樣的輸出功率下保持更低的溫度,碳化硅器件也因此對散熱的設計要求更低,有助于實現設備的小型化。

(3)實現高頻的性能。碳化硅的飽和電子漂移速率大,是硅的2倍,這決定了碳化硅器件可以實現更高的工作頻率和更高的功率密度。同時碳化硅襯底材料能量損失更小。在相同的電壓和轉換頻率下,400V電壓時,碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的29%-60%之間;800V時,碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的30%-50%之間。因此碳化硅器件的能量損失更小。

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