扫码添加微信，获取更多半导体相关资料
碳化硅是由硅和碳组成的半导体化合物，属于宽带隙(WBG)材料家族。它的物理结合非常牢固，使半导体具有很高的机械、化学和热稳定性。宽带隙和高热稳定性允许SiC要在高于硅的结温(甚至超过200℃)下使用的器件。碳化硅在功率应用中提供的主要优势是其低漂移区电阻，这是高压功率器件的一个关键因素。SiC基功率器件得益于优异的物理和电子特性的结合，正在推动电力电子的彻底变革。虽然这种材料很久以前就为人所知，但它作为半导体的应用相对较新，这在很大程度上是由于可以获得大而高质量的晶片。近几十年来，人们的努力集中在开发特定和独特的高温晶体生长工艺上。虽然碳化硅具有不同的多晶型晶体结构(也称为多型)，但4H-碳化硅多型六方晶体结构最适合高功率应用。六英寸碳化硅晶片如图1所示。
图1: 6英寸SiC晶圆
1.SiC的主要性能有哪些？
硅和碳的结合使这种材料具有优异的机械、化学和热性能，包括:
·高导热性
·低热膨胀和优异的抗热震性
·低功耗和开关损耗
·高能效
·高工作频率和温度(工作温度高达200°C结)
·小管芯尺寸(具有相同的击穿电压)
·本征体二极管
·出色的热管理降低了冷却要求
·长寿命
2.SiC在电子领域有哪些应用？
碳化硅是一种非常适合电力应用的半导体，这首先要归功于其承受高电压的能力，比可与硅一起使用的高10倍。基于碳化硅的半导体具有更高的热导率、更高的电子迁移率和更低的功率损耗。碳化硅二极管和晶体管也可以在更高的频率和温度下工作，而不会影响可靠性。碳化硅器件的主要应用，如肖特基二极管和场效应晶体管，包括转换器、逆变器、电源、电池充电器和电机控制系统。
3.为什么碳化硅在电力应用中能克服硅？
尽管硅是电子产品中使用最广泛的半导体，但它开始显示出一些局限性，尤其是在高功率应用中。这些应用中的一个相关因素是半导体提供的带隙或能隙。当带隙较高时，它使用的电子器件可以更小、运行更快、更可靠。它还可以在比其他半导体更高的温度、电压和频率下工作。硅的带隙约为1.12电子伏，而碳化硅的带隙约为3.26电子伏，是前者的近三倍
4.为什么SiC能承受这么高的电压？
功率器件，尤其是MOSFETs，必须能够处理极高的电压。由于电场的介电击穿强度大约比硅高十倍，碳化硅可以达到非常高的击穿电压，从600伏到几千伏。碳化硅可以使用比硅更高的掺杂浓度，漂移层可以做得非常薄。漂移层越薄，其电阻越低。理论上，给定高电压，单位面积漂移层的电阻可以降低到硅的1/300。
5.为什么SiC能在高频下跑赢IGBT？ 略
6.哪些杂质用于掺杂SiC材料？略
7.SiC如何实现比硅更好的热管理？
另一个重要的参数是导热率，这是一个衡量半导体如何散热的指标。如果半导体不能有效散热，就会对器件能够承受的最大工作电压和温度造成限制。这是碳化硅优于硅的另一个领域:碳化硅的热导率为1490瓦/米-克，而硅的热导率为150瓦/米-克。
8.SiC反向恢复时间与Si-MOSFET相比如何？
碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管和硅场效应晶体管一样，有一个内部体二极管。体二极管提供的主要限制之一是不希望的反向恢复行为，当二极管在携带正向电流时关断时会发生这种行为。因此，反向恢复时间(trr)成为定义MOSFET特性的重要指标。图2显示了1000伏硅基金属氧化物半导体场效应晶体管和碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管的导通电阻的比较。可以看出，SiC MOSFET的体二极管速度极快:trr和Irr的值非常小，可以忽略不计，能量损耗Err大大降低。
图2:反向恢复时间比较
9.为什么软关断对短路保护很重要？ 略
10.为什么隔离栅极驱动器是更好的选择？
许多电子设备既是低压电路又是高压电路，它们相互连接以执行控制和供电功能。例如，牵引逆变器通常包括低压初级侧(电源、通信和控制电路)和次级侧(高压电路、电机、功率级和辅助电路)。位于初级侧的控制器通常使用来自高压侧的反馈信号，如果没有隔离栅，则容易受到可能的损坏。隔离栅将电路从初级侧电隔离到次级侧，形成单独的接地参考，实现所谓的电流隔离。这可以防止不需要的交流或DC信号从一侧传输到另一侧，从而损坏电源组件。