碳化硅二極管器件在電子領(lǐng)域中有何優(yōu)勢

碳化硅二極管
碳化硅材料的半導(dǎo)體，雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，目前碳化硅的成本已經(jīng)下降了不少，但按市場性價比來看，同類型的硅材料與碳化硅半導(dǎo)體器件的價格相差十倍以上。碳化硅單晶可用于制造晶體管（二極管和晶體管）。由于碳化硅具有較大的禁帶寬度，制成的器件可以承受高壓和高溫，是制作大功率器件的良好材料。缺點是其單晶的制造比較困難，器件工藝也不成熟，而且在器件中的歐姆接觸難以做好（因為是寬禁帶半導(dǎo)體,重?fù)诫s難以起作用）在半導(dǎo)體器件的應(yīng)用方面，隨著碳化硅生產(chǎn)成本的降低，碳化硅由于其優(yōu)良的性能而可能取代硅作芯片，打破硅芯片由于材料本身性能的瓶頸，將給電子業(yè)帶來革命性的變革。

碳化硅二極管的優(yōu)點
(1) 碳化硅二極管的優(yōu)點如下：碳化硅JFET具有輸入阻抗高、噪聲低、線性度好等特點。是目前發(fā)展最快的碳化硅器件之一，也是第一個實現(xiàn)商業(yè)化的器件。與MOSFET器件相比，JFET器件不存在柵氧化層缺陷和載流子遷移率低的局限性所帶來的可靠性問題。同時，單極工作特性使其保持良好的高頻工作能力。此外，JFET器件具有更好的高溫工作穩(wěn)定性和可靠性。
(2) 碳化硅JFET器件的柵極結(jié)結(jié)構(gòu)使得通常JFET的閾值電壓大多為負(fù)，即常開型器件，這對電力電子應(yīng)用極為不利，也無法與目前常見的驅(qū)動電路兼容。美國Semisouth公司和羅格斯大學(xué)已經(jīng)開發(fā)出增強型器件，通過引入溝槽注入或臺面溝槽結(jié)構(gòu)（TIVJFET）器件工藝，可以正常關(guān)閉。然而，增強模式的設(shè)備往往形成在一定的正向?qū)娮杼匦缘臓奚?。因此，通常上?耗盡模式)JFET更容易獲得更高的功率密度和電流能力，而耗盡型JFET器件則可以作為級聯(lián)方式來實現(xiàn)正常的離線工作狀態(tài)。級聯(lián)的方法是通過串聯(lián)一個低壓硅基MOSFET實現(xiàn)的。級聯(lián)JFET器件的驅(qū)動電路與一般的硅基器件驅(qū)動電路自然兼容。級聯(lián)結(jié)構(gòu)非常適合在高壓大功率應(yīng)用中取代原有的硅IGBT器件，直接避免了驅(qū)動電路的兼容性問題。
(3) 目前，碳化硅JFET器件已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，主要是英飛凌和SiCED推出的產(chǎn)品。產(chǎn)品電壓等級為1200V、1700V，單管電流等級可達(dá)20A，模塊電流等級可達(dá)100A以上。2011年，美國田納西大學(xué)報道了一種50kW的碳化硅模塊，該模塊采用1200V/25A SiC JFET并聯(lián)，反并聯(lián)二極管為SiCSBD。2011年，環(huán)球電力電子公司利用SiCJFET開發(fā)了高溫條件下的SiC三相逆變器。該模塊的峰值功率為50kW（該模塊在中等負(fù)載水平的效率為98.5%@10kHz,10kW，與硅模塊相比效率更高。2013年，羅克韋爾采用600V/5AMOS增強型JFET和碳化硅二極管并聯(lián)，生產(chǎn)出三相電極驅(qū)動模塊，電流等級為25A，并將其與當(dāng)今更先進(jìn)的IGBT和pin二極管模塊進(jìn)行了比較：在相同的功率水平（25A/600V）下，面積減小到60%。該模塊旨在降低通態(tài)損耗和開關(guān)損耗以及電源回路中的過壓和過流。

碳化硅（SiC）是目前最成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料。世界各國都非常重視SiC的研究，投入了大量的人力、物力進(jìn)行積極的開發(fā)。美國、歐洲、日本等不僅在國家層面制定了相應(yīng)的法規(guī)。研究規(guī)劃，而一些國際電子巨頭也投入巨資開發(fā)碳化硅半導(dǎo)體器件。
KeepTops碳化硅二極管產(chǎn)品特點。
基于日益嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場對高能效產(chǎn)品的需求，KeepTops半導(dǎo)體推出新型600V—1700V碳化硅二極管，幫助制造商滿足這些不斷提高的能效要求，并提供更好的可靠性、耐用性和成本效率。
KeepTops半導(dǎo)體設(shè)計和制造的碳化硅二極管型號恢復(fù)時間短，溫度對開關(guān)行為的影響較小，標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍為—55至175攝氏度，大大減少了對散熱片的需求。硅器件相比，碳化硅二極管的主要優(yōu)勢在于其超快的開關(guān)速度和無反向恢復(fù)電流，從而顯著降低了開關(guān)損耗，實現(xiàn)了優(yōu)異的能效。更快的開關(guān)速度還允許制造商減小產(chǎn)品電磁線圈和相關(guān)無源元件的尺寸，從而提高裝配效率，減輕系統(tǒng)重量，降低物料清單（BOM）成本。

應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢
1. 太陽能逆變器
硅基二極管是太陽能發(fā)電用二極管的基礎(chǔ)材料，其技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于普通雙極二極管（silicon bipolar）工藝。碳化硅二極管在開和關(guān)狀態(tài)之間切換非?？?，而且沒有與普通雙極二極管技術(shù)切換相關(guān)的反向恢復(fù)電流。消除反向恢復(fù)電流效應(yīng)后，碳化硅二極管的能耗降低了70%，在很寬的溫度范圍內(nèi)保持了高能效，并提高了設(shè)計人員優(yōu)化系統(tǒng)工作頻率的靈活性。碳化硅二極管提高了太陽能逆變器的效率。效率。
2. 新能源汽車充電器
碳化硅二極管通過汽車級產(chǎn)品測試，極性連接擊穿電壓提高到650V，可以滿足設(shè)計師和汽車制造商希望降低電壓補償系數(shù)的要求，以保證車載充電半導(dǎo)體元器件的標(biāo)稱電壓和瞬時峰值電壓。它們之間有足夠的安全裕度。雙管二極管產(chǎn)品可以最大限度地提高空間利用率，減輕車載充電器的重量。
3. 開關(guān)電源的優(yōu)點
碳化硅的使用允許極快的開關(guān)，高頻操作，零恢復(fù)和溫度獨立的行為，加上我們的低電感反相封裝，這些二極管可用于任何快速開關(guān)二極管電路或高頻轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用數(shù)量。
4. 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢
碳化硅二極管：主要用于重型電機和工業(yè)設(shè)備中的高頻電源轉(zhuǎn)換器，它可以帶來高效率，大功率，和高頻率的優(yōu)點。

審核編輯 黃宇