碳化硅與硅材料器件的對比優(yōu)勢有哪些?

  碳化硅功率器件的研發(fā)始于20世紀(jì)90年代，目前已成為新型功率半導(dǎo)體器件研究開發(fā)的主流。業(yè)界普遍認(rèn)為碳化硅功率器件是一種真正的創(chuàng)新技術(shù)，有助于對抗全球氣候變化，推動太陽能和節(jié)能照明系統(tǒng)的市場發(fā)展。
 
  碳化硅（SiC）是原子的復(fù)合體而不是單晶體，碳化硅的物理特性取決于晶體中碳、硅原子的排列結(jié)構(gòu)，性能的主要差異在于硅和碳原子的相對數(shù)目，以及原子排列的不同結(jié)構(gòu)，最普通和典型的是六方晶系的結(jié)構(gòu)，稱之為6H-SiC、4H-SiC和3C-SiC。
 
  碳化硅（SiC）半導(dǎo)體材料與常用的第一代半導(dǎo)體材料硅（Si）相比，在多個方面具有明顯的優(yōu)勢。碳化硅（SiC）具有寬禁帶（Si的2~3倍）、高擊穿場強(qiáng)（Si的10倍）、高的熱導(dǎo)率（Si的3倍）和強(qiáng)的抗輻射能力。
 
  1.寬禁帶提高了工作溫度和可靠性
  寬禁帶材料可提高器件的工作溫度，6H-SiC和4H-SiC禁帶寬度分別高達(dá)3.0eV和3.25eV，相應(yīng)本征溫度高達(dá)800℃以上；即便就是禁帶最窄的3C-SiC，其禁帶寬度也達(dá)到2.3eV左右。用碳化硅做成功率器件，其最高工作溫度有可能超過600℃，而硅的禁帶寬度為1.12eV，理論最高工作溫度200℃，但硅功率器件結(jié)溫大于150℃~175℃后，可靠性和性能指標(biāo)已經(jīng)明顯降低。
 
  2.高擊穿場強(qiáng)提高了耐壓，減小了尺寸
  高的電子擊穿場強(qiáng)帶來了半導(dǎo)體功率器件擊穿電壓的提高。同時，由于電子擊穿場強(qiáng)提高，在增加滲雜密度條件下，碳化硅功率器件漂移區(qū)的寬帶可以降低，因此可減小功率器件的尺寸。
 
  3.高熱導(dǎo)率提高了功率密度
  熱導(dǎo)率指標(biāo)越高，材料向環(huán)境中傳導(dǎo)熱的能力越強(qiáng)，器件的溫升越小，越有利于提高功率器件的功率密度，同時更適合在高溫環(huán)境下工作。
 
  4.強(qiáng)的抗輻射能力，更適合在外太空環(huán)境中使用
  在輻射環(huán)境下，碳化硅器件的抗中子輻射能力至少是硅的4倍，因此是制作耐高溫、抗輻射的電力電子功率器件和大功率微波器件的優(yōu)良材料。



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