SiC(碳化硅)是什么？主要優勢有哪些？如何應用在電動汽車中？

2021-09-15 14:42:54 作者：C-C 4009

1 SiC(碳化硅)是什么

SiC 一般指碳化硅，它是 II-IV 族的二元化合物半導體，其在工藝氧化的過程中，生成的氧化物為 SiO₂，和硅(Si )材料的氧化產物一致，形成了絕緣層，帶來了工藝上的便利。

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2 半導體材料發展階段

第一階段：20世紀50年代，第一代半導體材料以硅(Si)、鍺(Ge) 為代表，用在分立器件和芯片制造等方面，并引發了以集成電路為核心的微電子產業的迅速發展，廣泛應用在信息技術、航空航天、國防軍工、光伏等領域。

第二階段：20世紀90年代，化合物半導體材料興起，主要以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP) 等化合物為代表，半導體材料開始進入光電子領域，用途是制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件和高性能微波、毫米波器件的優良材料，微波通信、光通信、衛星通信、光電器件、激光器和衛星導航等領域廣泛應用。

第三階段：本世紀初至現在，寬禁帶半導體材料盛行，主要以氮化鎵(GaN)碳化、硅(SiC) 等為代表，在禁帶寬度、擊穿電場強度等關鍵參數方面具有顯著優勢，特別是在現代工業對高功率、高電壓、高頻率具有強烈需求的環境下，主要用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，半導體照明、航空航天、衛星通信、光通信、電力電子、5G通信等領域得到充分應用。

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3 SiC的優勢：

雖然 SiC 材料晶格類型很多，而商業化的只有 4H-SiC和 6H-SiC 兩種。目前國內外已經有美國的科銳公司，日本的富士電機，東芝公司生產了直徑在 100mmSiC 晶片。由于 4H-SiC 有著比 6H-SiC高50%的載流子遷移率成為 SiC 功率器件的首選使用材料。

1)高溫環境：材料的本征載流子密度對溫度非常的敏感，對于Si的器件在溫度超過300K的時候材料里面的本征載流子會迅速增加，造成器件電學性能的不穩定。在600K以上的環境中Si器件將無法工作。由于Si器件對溫度要求較高所以需要一個復雜的封裝冷卻系統的支持，增加了器件的成本。SiC材料的導熱性(4.9w /cm·K)是Si材料(1.5 w/cm·K)的3倍，在封裝以及溫度方面的要求較低，可以降低成本。所以SiC器件適合于高溫環境下開關電路。

2)高壓環境：擊穿電壓是功率器件設計和使用時，必須考慮的重要指標，但是過分強調高擊穿電壓，就需要增加漂移區的厚度或者減小漂移區的摻雜濃度，以上兩種方式都會導致導通電阻過大，從而增加在穩態下的能量損耗。SiC材料的臨界擊穿電場是Si材料的十倍，所以SiC器件可以在相同的耐壓條件下可以降厚度，降為Si的材料的十分之一，或者可以增加摻雜的濃度減小導通電阻降低損耗。

3) 關斷速度快，損耗?。涸诟哳l電路中，電子電力器件工作中開關損耗也是很大一塊能量消耗。SiC寬禁帶材料本征載流子的數量較少，并且載流子的壽命很短，關斷速度很快，減小了能量損耗。