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碳化硅
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碳化硅功率器件的性能优势

文章出处:半导体材料与工艺设备网责任编辑:作者:MRC人气:-发表时间:2022-09-19 17:07:00【

碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料,基于其优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,当前碳化硅衬底已应用于射频器件及功率器件。碳化硅器件优点如下:

(1)耐高压。击穿电场强度大,是硅的10倍,用碳化硅制备器件可以极大地提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗。所以在实际应用过程中,与硅基相比可以设计成更小的体积,约为硅基器件的1/10。

(2)耐高温。半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的3倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化。

(3)实现高频的性能。碳化硅的饱和电子漂移速率大,是硅的2倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。同时碳化硅衬底材料能量损失更小。在相同的电压和转换频率下,400V电压时,碳化硅MOSFET逆变器的能量损失约为硅基IGBT能量损失的29%-60%之间;800V时,碳化硅MOSFET逆变器的能量损失约为硅基IGBT能量损失的30%-50%之间。因此碳化硅器件的能量损失更小。

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