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什么叫SiC功率器件?SiC半导体

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1. SiC材料的物性和特征

SiC(碳化硅)是一种由Si(硅)和C(碳)构成的化合物半导体材料。
不仅绝缘击穿场强是Si的10倍,带隙是Si的3倍,而且在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的p型、n型,所以被认为是一种超越Si极限的功率器件材料。
SiC中存在各种多型体(结晶多系),它们的物性值也各不相同。
用于功率器件制作,4H-SiC最为合适。

Properties Si 4H-SiC GaAs GaN
Crystal Structure Diamond Hexagonal Zincblende Hexagonal
Energy Gap: EG(eV) 1.12 3.26 1.43 3.5
Electron Mobility: μN(cm2/VS) 1400 900 8500 1250
Hole Mobility: μP(cm2) 600 100 400 200
Breakdown Field: EB(V/cm)×106 0.3 3 0.4 3
Thermal Conductivity (W/cm°C) 1.5 4.9 0.5 1.3
Saturation Drift Velocity: VS(cm/s)×107 1 2.7 2 2.7
Relative Dielectric Constant: εS 11.8 9.7 12.8 9.5
p. n Control
Thermal Oxide × ×

2. 功率器件的特征

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍,因此与Si器件相比,能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层作出600V~数千V的高耐压功率器件。
高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层的阻抗组成,因此采用SiC可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。
理论上,相同耐压的器件,SiC的单位面积的漂移层阻抗可以降低到Si的1/300。
而Si材料中,为了改善伴随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题,主要采用如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 绝缘栅极双极型晶体管)等少数载流子器件(双极型器件),但是却存在开关损耗大 的问题,其结果是由此产生的发热会限制IGBT的高频驱动。
SiC材料却能够以高频器件结构的多数载流子器件(肖特基势垒二极管和MOSFET)去实现高耐压,从而同时实现 "高耐压"、"低导通电阻"、"高频" 这三个特性。
另外,带隙较宽,是Si的3倍,因此SiC功率器件即使在高温下也可以稳定工作。

SiC(碳化硅)功率器件至产品详细网页

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