碳化硅肖特基二极管的应用方向!国晶微半导体

2021-04-13 16:03:37 120
本文主要介绍了碳化硅二极管的应用领域和发展历史,并详细解释了碳化硅MOS管的分类和结构。硅和碳的唯一成分是碳化硅(SiC),通常称为金刚砂。碳化硅在自然界中以矿物莫桑石的形式存在,但非常罕见。然而,自1893年以来,已大量生产粉末状碳化硅作为磨料。碳化硅用作磨料已有一百多年的历史,主要用于砂轮和许多其他磨料应用。



“在达到阈值电压(VT)之前,SiC具有高电阻。当达到阈值电压时,其电阻将大大降低,直到施加的电压下降到VT以下。SiC最早的电气应用就是利用了这一特性是配电系统中的避雷器(如图所示)。


由于SiC具有压敏电阻,因此SiC芯柱可以连接在高压线和地面之间。如果电源线被雷电击中,则电源电压将升高并超过SiC避雷器的阈值电压(VT),从而将雷电流引导并传递到地面(而不是电源线),从而不会造成伤害。但是这些SiC避雷器在电源线的正常工作电压下会传导过多的电流。因此,火花隙必须串联。当电源线的电压由于雷击而上升时,火花隙将电离并导电,从而有效地将SiC避雷器连接到电源线和地面之间。后来,相关人员发现避雷器使用的火花隙不可靠。由于材料故障,灰尘或盐分侵入,可能会发生火花间隙在需要时无法触发电弧或在雷电后无法熄灭电弧的情况。碳化硅避雷器最初旨在消除对火花间隙的依赖性,但是由于其可靠性,带间隙的碳化硅避雷器大多被氧化锌芯无间隙压敏电阻所取代。



电力电子中的SiC




由碳化硅生产的半导体器件有很多类型,包括肖特基二极管(也称为肖特基势垒二极管或SBD),J型场效应晶体管(或JFET)以及用于大功率开关应用晶体管的场效应。一些公司开始尝试将碳化硅肖特基二极管裸芯片应用于电力电子模块。实际上,硅衬底已被广泛用于IGBT功率模块和功率因数校正电路中。



SiC的优缺点




碳化硅基电力电子组件如此吸引人的原因之一是,在给定的阻断电压下,其掺杂密度几乎是硅基器件的掺杂密度的一百倍。以此方式,可以获得具有低导通电阻的高阻断电压。低导通电阻对于大功率应用非常重要,因为当导通电阻降低时,会产生较少的热量,从而降低了系统的热负荷并提高了整体效率。



然而,在基于碳化硅的电子部件的生产中存在一些困难,并且消除缺陷已经成为最重要的问题。这些缺陷将导致由SiC晶体制成的组件的反向阻挡性能差。除了晶体质量问题之外,二氧化硅和SiC之间的界面问题也阻碍了SiC基功率MOSFET和绝缘栅双极晶体的发展。幸运的是,在生产中使用氮化技术可以大大减少导致这些界面问题的缺陷。



SiC磨料片




碳化硅在许多工业应用中仍被用作磨料。在电子工业中主要用作抛光膜,以在熔接之前对光纤的两端进行抛光。这些可以为光纤连接器带来高度的平滑度,以实现高效的操作。碳化硅已经生产了一百多年,但直到最近才在电力电子行业中使用。由于其特殊的物理和电气特性,在高压和高温应用中非常有用。



如今,碳化硅二极管被用于各个领域。



1.太阳能逆变器。



碳化硅二极管是太阳能发电二极管的基本材料,在各种技术指标上均优于普通的双极二极管技术。碳化硅二极管的通断状态的开关速度非常快,并且在使用普通双极二极管技术进行开关时没有反向恢复电流。消除反向恢复电流效应后,碳化硅二极管的能耗降低了70%,并且可以在较宽的温度范围内保持较高的能量效率,从而提高了设计人员优化系统工作频率的灵活性。



2.新能源汽车充电器。



通过汽车产品测试后,碳化硅二极管的击穿电压增加到650伏,可以满足设计人员和汽车制造商降低电压补偿系数的要求,从而确保标称电压和瞬时峰值电压车载可充电半导体组件之间有足够的安全裕度。双管二极管产品可以最大程度地利用空间并减轻车载充电器的重量。



3.开关电源的优点。



碳化硅的使用可以非常快速地切换,可以在高频下运行,并且具有零恢复和与温度无关的特性。利用我们的低电感RP封装,这些二极管可用于任何数量的快速开关二极管电路或高频转换器。



4.产业优势。



碳化硅二极管:重型电机和工业设备主要用于高频功率转换器,可带来高效率,高功率和高频的优势。


SiC器件




第一. SiC器件的分类。



碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。



碳化硅场效应晶体管是碳化硅功率电子器件研究中最关注的器件。如今,硅材料已接近理论性能极限,碳化硅功率器件因其高耐压,低损耗和高效率而被视为“理想器件”。但是,与以前的硅器件相比,性能和成本之间的平衡以及对高科技的需求将成为推动碳化硅功率器件发展的关键。



第二,碳化硅MOS的结构。



N +源区和金属氧化物半导体场效应晶体管通过离子注入进行N +掺杂,并在1700°C退火。另一个关键过程是形成碳化硅金属氧化物半导体栅氧化物。由于碳化硅中同时存在硅原子和碳原子,因此需要一种非常特殊的栅极电介质生长方法。凹槽结构的优点如下:



碳化硅场效应晶体管的沟槽结构可以充分发挥碳化硅的特性。



第三,碳化硅MOS的优势。



一般而言,硅IGBT只能在20kHz以下的频率下工作。由于材料限制,不能实现高压和高频硅器件。碳化硅MOSFET不仅适用于600V至10kV的宽电压范围,而且具有单极器件的出色开关性能。与硅IGBT相比,当开关电路中没有电流拖尾时,碳化硅场效应晶体管具有更低的开关损耗和更高的工作频率。



20kHz碳化硅MOSFET模块的损耗可以比3kHz硅IGBT模块的损耗低一半,而50A的碳化硅模块可以代替150A的硅模块。它显示了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管在工作频率和效率方面的巨大优势。



碳化硅MOSFET的寄生体二极管反向恢复时间trr和反向恢复电荷Qrr非常小。如图所示,碳化硅MOSFET的寄生二极管的反向电荷仅为相同电压规格的硅基MOSFET的反向电荷的5%。对于电桥电路(特别是当LLC转换器工作在谐振频率以上时),此指示器非常关键,它可以减少死区时间和体二极管反向恢复所引起的损耗和噪声,并有助于改善开关频率。



四,碳化硅MOS管的应用!



碳化硅MOSFET模块在诸如光伏发电,风力发电,电动汽车和轨道交通等中大功率系统的应用中具有巨大优势。碳化硅器件的高电压,高频率和高效率的优点可以突破现有电动汽车设计中器件性能的局限性,这是国内外电动汽车领域研究和开发的重点。国外。例如,由电装和丰田联合开发的混合动力电动汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)中的功率控制单元(PCU)使用碳化硅MOSFET模块,从而将体积比减小到1/5。三菱公司开发的EV电动机驱动系统使用SiCMOSFET模块将功率驱动模块集成到电动机中,从而实现了集成化和小型化的目标。预计近年来,碳化硅MOSFET模块将在国内外电动汽车中广泛使用。


无锡国晶微半导体技术有限公司是一家高科技创新型企业,致力于碳化硅SiC功率器件,氮化镓GaN光电器件和常规集成电路的研发和产业化。它从事于碳化硅场效应晶体管。碳化硅肖特基二极管,GaN光电耦合器继电器,单芯片集成电路等产品芯片的设计,生产和销售,并提供相关产品总体方案设计的配套服务,总部位于江苏省无锡市高新技术开发区,并深圳和香港设有研发中心,销售服务支持中心和办事处。



该公司的碳化硅功率器件涵盖650V / 2A-100A,1200V / 2A-90A,1700V / 5A-80A等系列。产品已投入批量生产,产品完全可以与国际品牌的先进质量和水平相提并论。先后推出了全电流,全电压等级的碳化硅肖特基二极管,碳化硅MOSFET系列产品,并通过了工业级和汽车级的可靠性测试,性能达到国际先进水平。它们用于太阳能逆变器电源,新能源电动汽车和充电桩。 ,智能电网,高频电焊,轨道交通,工业控制专用电源,国防军工等领域。由于其高速开关和低导通电阻特性,即使在高温条件下,它也可以表现出出色的电气特性,极大地降低了开关损耗,使组件更小,更轻,更有效,并改善了整个系统的可靠性,从而可以提高系统的可靠性。电动汽车的最大功率范围可减少10%,整车重量减少约5%,并在设计使用的充电桩的高温环境中实现安全稳定的运行。



公司核心研发团队中的大多数工程师都具有硕士学位或以上学历,并且有许多博士负责该项目的开发。公司建立了科学技术创新和知识产权管理的标准化体系,在电路设计,半导体器件与工艺设计,可靠性设计,器件模型提取等方面积累了许多核心技术,并拥有多个国际国内独立发明专利。





“国家最重要的武器,从结晶,自我完善,自力更生,取得百年成功”开始,是国晶微半导体的共同目标。我们为员工提供了绝佳的发展空间,并为客户提供了优质的产品和服务。我们真诚期待与您共赢未来。 。

免责声明:本文转载自“网络”,支持保护知识产权,如有侵权请联系我们删除。