SiC-碳化硅-功率半导体介绍
SiC功率半导体器件的优势和发展前景
SiC功率半导体器件的优势和发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新兴的半导体材料，具有许多优势和广阔的发展前景。
以下是SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
1.高温工作能力：与传统的硅功率半导体器件相比，SiC器件能够在高温环境下工作，其工作温度可达到300摄氏度以上。
这使得SiC器件在航空航天、军事装备和汽车等应用领域具有巨大的潜力。
2.高电压耐受能力：SiC器件具有更高的击穿电场强度和较低的导通电阻，可以实现更高的电压耐受能力。
这使得SiC器件在高压和高电场应用中具有优势，如电力电子转换、电力传输和分配、电网充放电和电动车充电等。
3.高频特性：由于SiC材料的电子迁移率和终端速度较高，SiC器件具有优秀的高频特性。
这使得SiC器件在高频交流/直流转换器和射频功率放大器中具有广泛的应用。
4.低导通和开启损耗：SiC材料的电阻率较低，电流密度较大。
这导致SiC器件在导通过程中的能耗更低，进而减少了开关损耗。
相对于硅器件，SiC器件具有更高的效率和更小的温升。
这使得SiC器件在能源转换和电源管理领域具有潜在的应用前景。
5.小体积和轻量化：SiC器件的小体积和轻量化特性，使得其在高功率密度应用和紧凑空间条件下的应用更具优势。
这对于电动汽车、风力和太阳能发电系统、飞机和船舶等领域都有重要意义。
6.高可靠性和长寿命：由于SiC器件的抗辐射、抗高温、耐压击穿和抗电荷扩散等特性，它具有较高的可靠性和长寿命。
这对于军事装备、航空航天和核电等关键领域的应用具有重要意义。
SiC功率半导体器件的发展前景广阔。
随着科技的不断进步和物联网的快速发展，对于功率器件的要求愈发严苛。
在电力转换、能源管理和电动汽车等领域，对功率器件的需求将进一步增加，而SiC器件作为一种高温、高电压和高频特性都优异的功率半导体器件，将有望取代传统的硅器件，成为未来功率电子的主流。
此外，随着SiC材料的制备工艺和工艺技术的不断改进，SiC器件的成本也在逐渐下降。
sic器件工作原理
sic器件工作原理
SIC器件，即碳化硅器件，是一种基于碳化硅材料制造的功率
半导体器件。
它是继硅(Si)和氮化镓(GaN)之后的第三代半导
体材料，具有许多优异的特性，如高功率密度、高工作温度、高频率运行以及较低的开关损耗等。
SIC器件的工作原理主要涉及两种类型的器件，分别是金属氧
化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和整流二极管(Schottky二
极管)。
以下是它们的工作原理的简要介绍：
1. SIC MOSFET工作原理：
- 加载和关断：在导电状态下，通过施加正向偏压，使得漏
极和源极之间建立正向电场。
当施加的电压大于门源极电压阈值时，导电通道打开，电流通过。
- 控制：通过施加在栅层上的电压来控制通道的导电性。
正
向电压将使通道导电，而负向电压或零电压将使通道关闭。
2. SIC Schottky二极管工作原理：
- 整流：当施加正向偏压时，金属电极和碳化硅之间的电子
流会被阻碍。
这是因为该二极管内部的金属-半导体界面形成
了一个势垒，使得电子难以通过。
- 反向电压：当施加反向电压时，势垒会增加，电子更难通过。
这种二极管具有较低的反向漏电流和较高的开关速度。
总体而言，SIC器件利用碳化硅材料的特性实现了高功率密度、高效率和高温工作。
这些特点使得SIC器件在诸如离岛电源、
电动汽车、可再生能源等领域的高功率应用中具有广泛的应用前景。
碳化硅功率半导体
碳化硅功率半导体1. 碳化硅的特性和优势碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种新型的半导体材料，其具有许多传统硅（Silicon，Si）材料所不具备的特性和优势。
主要特性和优势如下：1.1 宽带隙能量碳化硅具有较高的带隙能量，约为3.26电子伏特（eV），相比之下，硅的带隙能量仅为1.12eV。
宽带隙能量使得碳化硅具有更高的击穿电压和更低的漏电流，从而提高了功率半导体器件的性能。
1.2 高电子流动度和低电子迁移率碳化硅的电子流动度是硅的10倍以上，这意味着碳化硅器件可以承受更高的电流密度，从而实现更高的功率输出。
此外，碳化硅具有较低的电子迁移率，可以减小电流密度增加时的电阻增加效应。
1.3 高热导率和低热膨胀系数碳化硅具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，使得碳化硅器件在高温工作环境下具有较好的热稳定性。
这使得碳化硅功率半导体器件可以在高功率、高温条件下工作，而不容易出现热失效问题。
1.4 高耐压和高温工作能力碳化硅具有较高的击穿电压，可以承受更高的电压应力。
此外，碳化硅器件的工作温度范围更广，可达到300摄氏度以上，远高于硅器件的极限。
2. 碳化硅功率半导体器件碳化硅功率半导体器件是利用碳化硅材料制造的功率电子器件，主要包括碳化硅二极管、碳化硅MOSFET、碳化硅IGBT等。
这些器件在高功率、高频率和高温度环境下具有优异的性能，广泛应用于电力电子、新能源、汽车电子等领域。
2.1 碳化硅二极管碳化硅二极管是最早商业化生产的碳化硅器件，其主要特点是低导通压降、快速开关速度和高耐压能力。
碳化硅二极管可以替代传统硅二极管，提高功率转换效率，减小能量损耗。
2.2 碳化硅MOSFET碳化硅MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）结构的功率半导体器件。
碳化硅MOSFET具有低导通电阻、快速开关速度和高耐压能力的特点，可应用于高频率开关电源、电动汽车驱动系统等领域。
2.3 碳化硅IGBT碳化硅绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种结合了碳化硅和硅的功率半导体器件。
碳化硅半导体的介绍及发展前景
灵敏的，创新的
一些小型的，具有创新精神的公司往往会对先进技术产生促进作用。在SiC领域内， 一个这样的例子是Arkansas Power Electronics International Inc。APEI专攻对于使用 SiC器件作为核心技术的高性能功率电子系统的开发。APEI公司的总裁Alexander B. Lostetter博士说：“APEI公司特别关注那些用于极端环境（温度高于500℃或更高） 和/或具有很高功率密度的应用场合的技术。”
发展及前景
关于碳化硅的几个事件 1905 1905年 第一次在陨石中发现碳化硅 1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生 1955年 理论和技术上重大突破，ＬＥＬＹ提出生长高品质碳化概念，从此将Ｓ IC作为重要的电子材料 1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流 1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“ＬＥ ＬＹ改进技术”的晶粒提纯生长方法 1987年～至今以ＣＲＥＥ的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品 化的碳化硅基
Байду номын сангаас 图1 黑碳化硅
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料 用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或 汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材 料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85％） 是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。 此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
研究的结果证实了更高开关频率的可能性，在以前，更高的开关频率一直受限于纯 硅二极管的反向恢复损耗。Err限制了在减小开启损耗上的进一步发展。Skibinski解 释道：“硅模块的供给商推荐使用一个门电阻Rgate (例如25 ，来平衡IGBT的开启能 量损耗(Eon) 关断能量损耗(Eoff)。”然而对于SiC二极管，门电阻Rgate就可以省往不 用了。 他说：“SiC二极管能够降低总功率损耗(Eon+Err+Eoff)，这一特性仔驱动上的应用 有着潜伏优点。”首先，在使用同样的制冷系统的条件下，它可以达到4倍的开关 频率，可以使前置电磁滤波用具有更好的性能、更小的体积和更低的价格。或者， 你也可以保存现在的开关频率和制冷系统，这样就可以得到更高的效率和稳定性、 更低的损耗、更高的额定输出。降低的总功率损耗可以潜伏地降低制冷花费。 Yaskawa Electric是另一个采用SiC技术的驱动生产商，他把SiC技术应用于雷达屏幕 上。Yaskawa Electric总结SiC的基本的优点有：高工作温度、高开关速度、在导通和 开关模式下都具有更低的损耗，这些是驱动系统更加有效率。
SiC器件中SiC材料的物性和特征,功率器件的特征,SiC MOSFET特征概述
SiC 器件中SiC 材料的物性和特征,功率器件的特
征,SiC MOSFET 特征概述
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。
SiC 临界击穿场强是Si 的10 倍，带隙是Si 的3 倍，热导率是Si 的3 倍，所以被认为是一种超越Si 极限的功率器件材料。
SiC 中存在各种多种晶型，它们的物性值也各不相同。
其中，4H-SiC 最合适用于功率器件制作。
另外，SiC 是唯一能够热氧化形成SiO2 的化合物半导体，所以适合制备MOS 型功率器件。
2
功率器件的特征
SiC 的临界击穿场强是Si 的10 倍，因此与Si 器件相比，能够以具有更高。
si基sic和 sic功率器件
si基sic和 sic功率器件Si基(SiC)和SiC功率器件是当前研究和应用的热点之一。
Si基(SiC)是指以硅碳化物(SiC)材料为基础的半导体材料。
SiC功率器件是指利用SiC材料制造的功率电子器件。
SiC材料具有很高的热导率、较小的导通损耗和较高的耐压能力，因此被广泛应用于高温、高压和高频等特殊环境下的功率电子领域。
Si基(SiC)作为一种半导体材料，具有很高的热导率和较小的导通损耗。
相比于传统的硅(Si)材料，SiC材料的热导率约为硅的三倍，这意味着在高温环境下，SiC材料可以更好地散热，减少功率器件的温升，提高器件的可靠性和寿命。
而且，由于SiC材料的导通损耗较小，功率器件在工作时可以减少热能的损失，提高能量利用效率。
SiC材料具有较高的耐压能力。
SiC材料的击穿电压约为硅的10倍，这意味着SiC功率器件可以承受更高的工作电压，从而在高压环境下稳定工作。
这对于电力电子设备来说尤为重要，特别是在电力变换和传输领域。
SiC功率器件的高耐压能力可以减少电力损耗，提高系统的效率，同时也可以减少设备的体积和重量。
SiC材料还具有较高的热稳定性和抗辐射能力。
在高温环境下，SiC 材料的性能相对稳定，不易发生氧化和热应力等问题。
这使得SiC 功率器件可以在恶劣的工作环境下可靠地工作，例如航空航天、核能和工业高温等领域。
另外，SiC材料还具有较高的抗辐射能力，可以在核电站等辐射环境下使用，确保设备的稳定性和安全性。
SiC功率器件具有很多应用领域。
首先，SiC功率器件在电动汽车和混合动力车辆中得到广泛应用。
由于SiC功率器件具有较小的导通损耗和较高的耐压能力，可以提高电动汽车的续航里程和充电效率。
其次，SiC功率器件在太阳能和风能等可再生能源领域也有重要应用。
由于SiC功率器件的高效率和稳定性，可以提高可再生能源的转换效率和电网的稳定性。
此外，SiC功率器件还可以用于高速列车、船舶和航天器等领域，提供高效率和高可靠性的功率电子解决方案。
半导体碳化硅(sic) 关键设备和材料技术进展的详解
半导体碳化硅(sic) 关键设备和材料技术进展的详解下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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sic功率芯片生产工序_解释说明以及概述
sic功率芯片生产工序解释说明以及概述1. 引言1.1 概述：本篇长文旨在探讨SIC功率芯片的生产工序并进行解释说明。
SIC（碳化硅）功率芯片作为一种新兴的半导体器件，具有高温、高频、高压等特点，广泛应用于电力电子领域。
对于理解和掌握SIC功率芯片的生产工序，能够帮助人们更好地了解其制造过程，进一步推动相关技术与行业的发展。
1.2 文章结构：本文分为四个主要部分：引言、SIC功率芯片生产工序解释说明、SIC功率芯片生产工序概述以及结论。
在引言部分，我们将对文章整体内容进行概述，并介绍各个章节的内容安排。
接下来的章节将详细介绍SIC功率芯片生产工序的具体步骤和关键要点。
最后，在结论部分，我们将总结所述内容，并提出改进建议，展望未来的发展趋势和影响评估。
1.3 目的：本篇长文的目标是全面而详尽地介绍SIC功率芯片生产工序。
通过深入剖析每个环节，并阐明其原理和作用，我们旨在为读者提供一个全面了解SIC功率芯片制造过程的参考资料。
同时，通过总结和展望，我们也希望能够激发研究人员对于SIC功率芯片生产工艺的改进与创新，并促进相关技术与应用的发展。
2. sic功率芯片生产工序解释说明：2.1 工序简介:在sic功率芯片的生产过程中，需要经历一系列的工序。
这些工序包括原材料准备与处理以及芯片制造过程。
通过这些工序，我们能够将原材料转化为功能完整且可靠的sic功率芯片。
2.2 原材料准备与处理:在开始制造sic功率芯片之前，必须对原材料进行准备和处理。
这些原材料主要由硅碳化物和其他必要成分组成。
首先，根据特定的设计需求，需要选择适当的原材料，并确保其质量符合要求。
在原材料处理阶段，常见的处理方法包括机械研磨、溶液混合和高温反应等。
通过这些方法，可以有效地改变原材料的形态和性质，使其更适合后续的加工操作。
2.3 芯片制造过程:一旦原材料准备完成并达到所需规格，接下来就是芯片制造过程。
该过程通常包括以下几个关键步骤：a) 沉积：将经处理的原材料沉积在基板上形成薄膜。
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SiC
Si
SiC在高频下也工作
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频率（kHz)
使用SiC功率半导体 重量 0.72kg
50mm 40mm
PFC电路 SiC-SBD的优点
SiC-SBD 优点
PFC电路：升压+直流 化
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顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减
恢复损失1/10！
SiC-SBD的使用可以使PFC电路高速化。⇒ 使扼流线圈小型化 。
PFC电路：升压+直流化
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电流 电压 Main电路：SW电源
+ IC
IC
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Infineon・・・量产中 CREE（ Nihon Inter ）・・・量产中 STMicro・・・量产中 新日本无线・三菱等・・・准备量产
Morgan Stanley 调查结果 Yole Development 调查结果 Marketing Eye 调查结果
35亿日元/年 22亿日元/年 30亿日元/年
逆变器・转换器・净化器
空调 其他家电
电气汽车 EV/HEV
太阳能发电
UPS/电源
SiC 分立器件
电车
产业机器
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R-TR-100707-JJ
SiC功率半导体（SiC-SBD）的市场情况
12
SiCSIパC功ワ率ー半半导導体体市市场(場亿 日（元億)円）
R-TR-100707-JJ
【参考】PFC电路
Confidential 4
・无 PFC电 路
电流 电压
电流 电压
+
Main电路：SW电源 IC
因为AC(商用)直接影响Main电路(SW电源)的开关，所以会发生高次谐波和电流顶峰的问题。
・有 PFC电 路
电流 电压
PFC电路：升压+直流化
电流 电压 Main电路：SW电源
①恢复损失大幅减低
(电源效率改善 数%)
※ 与IGBT配何使用也能改善SW的损失
发热量减低，散热片小型化
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R-TR-100707-JJ
SiC功率半导体的推广方向
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功率器件（SiC）
SiC功率模块 SiC-IPM
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㨚啠Ӈ佖ࡣͧ6inchͨ Plasma assisted Physical Deposition ͧ灨瀽灯炃灜灢PPDࡣͨ CVDࡣ+Switch Back Epitaxy ࡣ 灒瀽灜灚灩灜灈灁灭灘灆灐炕ࡣ)
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顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减 恢复损失1/10！
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热酸化
Si 1.12 1350 0.3 1.0 x 107 1.5 间接
1 1 ○ ○ ○
SiC 3.26 1000 2.8 2.2 x 107 4.9 间接 420 470 ○ ○ ○
GaN 3.42 1500
3 2.4 x 107
1.3 直接 580 850 △ ○ ×
钻石 5.47 2000
8 2.5 x 107
关于FET的量产还没有仸何制造商有量产计划。 每家 公 司都在 样品 出 货的 阶段 ， ROHM已 于 2010年12月支持SiC MOSFET量产出货。
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SiC基板的生产情况
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ROHM的分公司Sicrystal的SiC基板在世界占有率排名第二
②逆变器
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Motor
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作为功率半导体SiC的魅力，优点 与其他材料的对比
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物性数据
性能指数 制作技术
半导体材料 能带隙 (eV) 电子移动度 (cm2/Vs) 绝缘击穿电场 (MV/cm) 饱和漂移速度 (cm/s) 热传导率(W/cm K) 直接迁移 or 间接迁移 Johnson的性能指数 Baliga的性能指数 P型价电子控制 N型价电子控制
线器件以及半导体材
料。
S推元iC需出肖要第特向三基C代二ret极he等in管Q厂于!™家230G采0。9购年晶。由 司 公 要意 和 司向大 法 合Cre利 国 并e等的 而Th厂成SoGm家。Ss微o采晶n电半购元子导。需公体全元导体球生厂唯产家一能。的力具的备专业SiC半晶
交期 5~6个月
5~6个月，受到SiC晶元厂 家的制约。
電流 [A] 電流 [A]
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这个部分的di/dt与EMI关系。 电压EMI=L×di/dt
顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减 恢复损失1/10！
逆回复时间 因为trr变小 电压EMI＝L×di/dt 也变小。
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使用SiC-SBD可使PFC电路的EMI变小。
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+ IC
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扼流线 圈：
通过使用SiC-SBD可使PFC电路高速化 →扼流流圈的小型化。
SiC-SBD
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電圧 [V]
男性37名、女性19名 （平均年龄：41.1 岁） 平均工作年数：5.8年 Dr. 10名
100
Market share
SiCrystal AG Guenther-Scharowsky-Strasse 1 D-91058 Erlangen Germany
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20 间接 4400 13000 ○ × ×
GaN的物性数据好(特别适合光学用途) ，作为功率器件用途时，器件的制作技术难点多，综合 比较不如SiC。 钻石是终极半导体，有着凌驾SiC和GaN的出色的物性,不过，制作技术过程中有很多问题，现 在暂时不考虑实用化。
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