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碳化硅用于功率電子元件【碳化硅換熱器】

發(fā)布時間:2020-12-08 11:22:00

    碳化硅是目前正在研究的半導(dǎo)體,已在快速切換、高溫及高電壓的應(yīng)用上,進行前期的大量生產(chǎn)。第一個可用的元件是肖特基二極管、之后是結(jié)型場效應(yīng)管及高速切換的功率MOSFET。目前正在開發(fā)雙極性晶體管及晶閘管。
    碳化硅元件商品化的主要問題是如何去除缺陷:包括邊緣位錯、螺旋位錯(空心和閉合)、三角形缺陷及基面位錯。因此,雖然有許多研究設(shè)法要改善特性,但最早期SiC材料的元件,其反向電壓阻隔能力不好[。除了晶體品質(zhì)外,SiC和二氧化硅的界面問題也影響了SiC MOSFET及IGBT的發(fā)展。滲氮已大幅改善了界面問題,不過其機制還不清楚。
    2008年已有第一個商品化的JFET,額定1200V,之后是2011年第一個商品化的MOSFET,額定電壓1200 V。SiC的開關(guān)以及SiC肖特基二極管(SBD)有常見的TO-247及TO-220封裝外,許多廠商也開始將SiC裸晶放在功率模組中。
    SiC SBD二極管已用在功因修正電路上,以及IGBT功率模組中。像是國際集成功率電子系統(tǒng)大會(CIPS)等研討會也會定期報告有關(guān)SiC功率元件的技術(shù)驅(qū)勢。
    日本部分新造的大功率交傳鐵路車輛,以碳化硅取代IGBT用于牽引變流裝置(如新干線ALFA-X和E235系),有助進一步減少車輛耗電。
    SiC功率元件的主要挑戰(zhàn)有:
    閘極驅(qū)動電路:SiC功率元件的閘極驅(qū)動電路和硅半導(dǎo)體的電路不同,閘極驅(qū)動電路的電壓是非對稱的(例如+20 V和?5 V)。
    包裝:SiC 裸晶的功率密度比硅半導(dǎo)體要高,其溫度可以超過硅的上限150 °C。需要用到新的芯片連接技術(shù)(例如燒結(jié))才能有效的將熱從元件帶出,并且確保有可靠的互連燒結(jié) are required to efficiently get the heat out of the devices and ensure a reliable interconnection.

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