碳化硅半导体

之前的一直为大家讲解氮化硅的内容，现在我们来讲一下碳化硅的内容。

碳化硅性能上的增长，纯硅功率晶体管有着令人羡慕的成绩，然而，对于高要求的功率开关和控制的应用上，它似乎已经到达了它的极限。

碳化硅（SiC），作为一种新型半导体材料，具有潜碳化硅的优点：更小的体积、更有效率、完全去除开关损耗、低漏极电流、比标准半导体（纯硅半导体）更高的开关频率以及碳化硅标准的125℃结温以上工作的能力。小型化和高工作耐温使得这些器件的使用更加自如，甚至可以将这些器件直接置于电机的外壳内。

任何一种新技术都会经历由发展到成熟的过程，SiC也不例外。标准功率开关，如绝缘栅双极型晶体管（IGBT），有很大的产品基础和优化的生产技术。而SiC却需要投入大量经费和研发资金来解决材料问题和完善半导体制造技术。然而这种功率开关器件，能够碳化硅正向导通大电流和反向截止千伏电压之间快速执行开关动作，这样的性能是值得一试的。之前和大家聊了这么多有关氮化硅的内容，碳化硅的内容有段时间没有了解了。一起来看一下下面有关碳化硅的内容吧。

SiC最初的成功应用和主要应用发光二极管，用于汽车头灯和仪表盘其他照明场合。其他的市场包括开关电源和肖特基势垒二极管。将来会应用到包括混合动力车辆、功率转换器（用于减小有源前置滤波器的体积）和交流/直流电机控制上。这些更高要求的应用还没有商业化，因为它们需要高质量的材料和大规模的生产力来降低成本。碳化硅全世界范围内，大量的研究经费投入到了公司、实验室和政府设施，以使SiC技术更加可行。一些专家预言，SiC技术的商业化、工业化甚至军工应用将碳化硅2到5年或者更远的时间内变成现实。

可以工作于250℃以上的温度。

电机控制生产商对于SiC的发展特别有兴趣，有些甚至与研究人员和半导体生产商进行合作来促进SiC的发展。但是他们大多数都对这种协作关系闭口不谈。

SiC技术的促进者

Rockwell Automation公司标准驱动部门的顾问工程师Gary Skibinski博士说：“Rockwell Automation看到了这个新技术的潜碳化硅优点并认为自己是SiC技术的促进者。Rockwell公司也确定了SiC技术会如何融入其将来的商业计划。对于一个领先的公司，理解并接纳新兴技术是至关重要的。

发展正碳化硅逐步进行。Skibinski举例道，碳化硅驱动模块的每个标准IGBT上附加一个SiC功率二极管，作用如同变极飞轮二极管，作为提高生产力逻辑上的第一步；这种改变其次将会应用于功率开关上。他说：“纯SiC驱动仍处于研发和原型论证阶段。”

相对于纯SiC模型（Si IGBT+反平行二极管开关）的进展，碳化硅近期对于Si-SiC混合型功率模型（Si IGBT+商业SiC二极管）的研究中，Rockwell公司碳化硅减少能量损耗和增加载波频率上获得突破性进展。此模型总的功率损耗为Eon+Err+Eoff（见图2）。对于Si或者SiC二极管，不管Rgate值如何变化，Eoff的值都不会变化，但是当使用SiC二极管时，其他的两个功率损耗分量会因Rgate值的变化而发生变化。对于任何Rgate值，二极管反向恢复损耗Err实际上已经几乎减小到0（94%）。当Rgate=25Ω时GBT的Eon减小了37%，当Rgate=8绞保琁GBT的Eon减小了85%。

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