什么是SiC半導(dǎo)體？

SiC（碳化硅）是一種由硅和碳制成的化合物半導(dǎo)體，由于其優(yōu)異的性能在功率器件領(lǐng)域受到關(guān)注。

 Si是我們常見(jiàn)的半導(dǎo)體主流材料，但SiC有望成為性能超越Si的下一代半導(dǎo)體材料。

與硅類似，SiC可以形成柵氧化膜(SiO2)和p型層。

因此，可以直接應(yīng)用在硅中開(kāi)發(fā)的MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的結(jié)構(gòu)。

這加速了SiC功率器件的發(fā)展，并使其在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化成為可能。

SiC 半導(dǎo)體的特性和優(yōu)點(diǎn)

功率半導(dǎo)體的性能由多種物理特性的平衡決定，包括擊穿場(chǎng)強(qiáng)、遷移率和導(dǎo)熱率。

“Variga 品質(zhì)因數(shù)”是綜合評(píng)價(jià)這些特性的指標(biāo)，SiC顯示出高的數(shù)值，約為硅的 500 倍。這意味著SiC非常適合作為功率半導(dǎo)體材料。

SiC半導(dǎo)體的主要特性可概括如下。

• 高擊穿場(chǎng)強(qiáng)：可以承受更高的電壓，適用于處理高功率的電路。

• 高導(dǎo)熱性：可以減少熱量產(chǎn)生并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

• 高遷移率：實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)操作并提高電源轉(zhuǎn)換效率。

這些特性使SiC功率器件相對(duì)于傳統(tǒng)硅功率器件具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 高效率：減少功率損耗，顯著提高能源效率。

• 小型化：高效率使得冷卻裝置可以做得更小，使得整個(gè)裝置變得更小成為可能。

• 高可靠性：即使在高溫、高壓環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)行，讓您構(gòu)建高可靠的系統(tǒng)。

SiC半導(dǎo)體的應(yīng)用

傳統(tǒng)汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。然而，近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷增強(qiáng)，電動(dòng)汽車越來(lái)越受到人們的關(guān)注。因此，SiC半導(dǎo)體備受期待。

使用 SiC 半導(dǎo)體具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 增加續(xù)航里程：更有效地使用電力，增加一次充電可以行駛的距離。

• 縮短充電時(shí)間：實(shí)現(xiàn)快速充電并顯著縮短充電時(shí)間。

• 電機(jī)的小型化：通過(guò)使用SiC半導(dǎo)體，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的小型化，有助于整車的輕量化。

SiC半導(dǎo)體安裝在各種類型的車輛中，包括電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和插電式混合動(dòng)力汽車。

【擴(kuò)展到其他領(lǐng)域】

• 能源領(lǐng)域：SiC半導(dǎo)體被用于將太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源高效傳輸至電網(wǎng)。 SiC半導(dǎo)體提供穩(wěn)定的發(fā)電電源，有助于提高整個(gè)電力系統(tǒng)的效率。

• 信息通信領(lǐng)域：數(shù)據(jù)中心使用大量服務(wù)器來(lái)處理海量數(shù)據(jù)。冷卻這些服務(wù)器需要大量的能源。通過(guò)提高功率轉(zhuǎn)換效率，SiC 半導(dǎo)體減少了冷卻所需的能源，有助于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能。

SiC半導(dǎo)體的挑戰(zhàn)

SiC功率半導(dǎo)體具有比硅更高的性能，但其成本高是一個(gè)問(wèn)題。造成這種情況的主要原因是SiC晶圓價(jià)格昂貴且難以保證長(zhǎng)期可靠性。

SiC晶圓的制造成本比硅晶圓高，而且含有許多晶體缺陷，因此可靠性較低。在這些晶體缺陷中，堆垛層錯(cuò)被認(rèn)為是長(zhǎng)期使用過(guò)程中器件性能劣化的主要原因。

當(dāng)電流流過(guò)堆垛層錯(cuò)時(shí)，堆垛層錯(cuò)會(huì)擴(kuò)大，從而增加器件的電阻。這種現(xiàn)象稱為雙極退化，是縮短 SiC 功率半導(dǎo)體壽命的一個(gè)因素。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，目前正在努力開(kāi)發(fā)晶體缺陷更少的SiC晶片并改進(jìn)制造工藝。未來(lái)，這些技術(shù)創(chuàng)新有望降低SiC功率半導(dǎo)體的成本，使其應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。