Si整流器与SiC二极管
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。
sic 器件分类
sic 器件分类
SIC（硅碳化物）器件可以分为以下几类：
1. SIC二极管：SIC二极管是一种半导体器件，可以用于开关、整流和电源管理等应用领域。
它具有低漏电流、高温度工作能力、高速操作、高电压容忍和耐辐射等特点。
2. SIC MOSFET：SIC MOSFET是一种场效应晶体管，是SIC的另一种重要应用，具有高电压容忍、低开关损失、高速操作和低导通阻抗等特点。
它在高频功率转换和电机驱动器等领域有广泛的应用。
3. SIC功率模块：SIC功率模块是一种集成了多个SIC器件的器件，通常包括多个二极管和MOSFET。
它们被广泛应用于交通、工业和电能应用等领域。
4. SIC JFET：SIC JFET是一种结型场效应晶体管，其特点包括高开关速度和低噪声等。
SIC JFET可以用于放大、开关和瞬态保护等领域。
5. SIC基板：SIC基板是一种用SIC材料制成的基板，通常用于高功率电子器件的制造。
SIC基板具有优异的散热性能、电绝缘性能和晶体质量，是高功率电子器件制造的理想选择。
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。
SiC技术的优点、缺点介绍
高效SiC技术的介绍和分析摘要：随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。
尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。
本文主要介绍SiC技术优点、缺点及目前应用层面的一些瓶颈。
1.引言由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。
简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:击穿电压强度高（10倍于Si）更宽的能带隙（3倍于Si）热导率高（3倍于Si）这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。
当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。
目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。
而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。
Vincotech公司十几年前就已经采用SiC二极管来开发功率模块。
SiC二极管由于其卓越的反向恢复特性，可以有效的减小它本身的开关损耗和IGBT的开关损耗。
SiC肖特基二极管虽然已经应用了很多年，但是还需要进一步改善价格来获得更广阔的市场。
最近几年的主要研究和应用是基于SiC的有源开关器件，比如SiC MOSFET和SiC JFET. 从目前电压等级4Kv以下的应用来看，SiC MOSET有打败SiC JFET的势头。
SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗。
SiC MOSFET大批量商业化的最大障碍目前还是由于其居高不下的价格。
然而我们还是要综合评估整个系统成本，因为SiC MOSFET还是带来系统整个体积和其他成本的下降。
文本会介绍一些SiC和Si在效率、损耗方面的对比来证明SiC在高频应用上的优势。
采用boost模型，对比分析SiC和Si器件的损耗我们来看一下boost电路。
三菱电机开发了首款6.5kV全SiC(Silicon Carbide)功率模块
三菱电机开发了首款6.5kV全SiC(Silicon Carbide)功率模块摘要三菱电机开发了首款6.5kV全SiC(Silicon Carbide)功率模块，采用高绝缘耐压HV100标准封装(100mmÍ140mm)。
通过电磁仿真和电路仿真，优化了HV100封装的内部设计，并通过实际试验验证了稳定的电气特性。
6.5kV HV100全SiC功率模块为了提高功率密度，将SiC SBD(Schottky Barrier Diode)与SiC MOSFET芯片集成在一起。
在续流时，集成的SiC SBD会导通，而SiC MOSFET的寄生体二极管不会导通，所以避免了双极性退化效应发生。
本文对比了Si IGBT功率模块(Si IGBT芯片和Si二极管芯片)、传统全SiC MOSFET 功率模块(SiC MOSFET芯片，无外置SBD)和新型全SiC MOSFET功率模块(SiC MOSFET 和SiC SBD集成在同一个芯片上)，结果表明新型全SiC MOSFET功率模块在高温、高频工况下优势明显。
1、引言SiC材料具有优异的物理性能，由此研发的SiC功率模块可以增强变流器的性能[1-2]。
相对Si芯片，全SiC芯片可以用更小的体积实现更高耐压、更低损耗，给牵引变流系统和电力传输系统的研发设计带来更多便利。
3.3kV全SiC功率模块已经在牵引变流器中得到应用，有着显著的节能、减小变流器体积和重量等作用[3-4]。
6.5kV Si IGBT模块已经用于高铁和电力传输系统，这些市场期待6.5kV SiC功率模块能带来更多好处。
基于此，三菱电机开发了6.5kV全SiC MOSFET功率模块[5-7]，其采用HV100标准封装[8]，如图1所示。
这个封装为方便并联应用而设计，电气稳定性显得尤为重要。
本文介绍了6.5kV新型全SiC MOSFET功率模块的内部结构和电气特性，相对于传统的Si IGBT模块、传统全SiC MOSFET功率模块，新型全SiC MOSFET功率模块在静态特性、动态特性和损耗方面优势明显。
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。
Si整流器与SiC二极管：谁与争锋
１０ ３
１ ０ ４
１ ０ ５
１０ ６
１ ０ ７
３ ）针对各种类型 的电气设备规 定了 图 ２ 四种 常见增 强二极管 （０ Ｖ —２ ４０
１５ ℃）的反向恢复波形 ２
＿ 今・１ 电０ 日２月 子７ 年
维普资讯
低 Ｑ Ｒ和高软化系数 Ｒ
／
．
２
。
３
－ ４
。
圆圆
．
、
＼、
／
～１ 拜 掰 、 ｌ盯Ｉ Ｉ
５ ６ ７
ｊｌ 、 皿Ⅲ砸 嘎 阿
．
失真和噪声 。在开关 电源 中尤其如此 。
某些国际标准 （ 例如 Ｉ Ｃ ｌ ０ — Ｅ ６ ０ ０
．
４ Ｏ
５ Ｏ
６ ０
７ Ｏ
８ Ｏ
１０ ２
数。
但是迄今为止还无法匹配 Ｓ Ｃ二极管 的 ｉ
这两个指标对于增强转换器都非常 低 Ｑ 。如图２中的绿色 曲线所示 ， 最新 重要 。低 Ｑ 在二 极管关闭时会产生较 的硅器件—— Ｑ ｐ ｅ 半导体 公司的Ｑ系 ｓｅ ｄ 低的 Ｉ 。 高软 化系数会减少二极管关 闭 列—— 能够实现 与 Ｓ Ｃ肖特基器件 同样 ｉ 所产生的 Ｅ 噪声 、 器件 阳极 上产生 低 的 Ｉ （ 图２中的蓝 色曲线所示 ） ＭＩ 在 如 。 的 电压 脉冲 峰值 ，降低 换 向操 作干 扰
们没有少 数载 流子 。当 肖特基二极管 发
肖特 基二极管比 ＰＮ结器件的行为 生反偏时 ， 产生 的低Ｉ 来源于金属与二 特性更像一个 理想的开关 。肖特基二极 极管体接触 电容的放电效应 。 管最重要的两个性能指标就是它的低反 在硅二极管的设计过程 中可以采 用
si与sic材料二极管的开启电压
si与sic材料二极管的开启电压下载提示：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。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!介绍在电子学领域，二极管是一种基本的电子元件，它在电路中扮演着至关重要的角色。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Si整流器与SiC二极管
在当今的电气设备中,功率半导体和电抗式元件（电容和电感）随处可见。
它们在正常工作过程中会在为其供电的交流电线上产生两种不希望出现的副作用。
首先，这些器件会引起较小的功率因数。
其次，它们会使线电流失真，引起电噪声或者产生与线电压之间的相位偏移。
功率因数是指实际使用的功率与交流线上产生的视在功率二者的比值。
电气设备中如果存在大电容或者电感就会导致视在功率大于实际使用的功率，出现较小的功率因数。
功率因数越小，在为设备供电的交流导线上损耗的电能就越多。
如果设备中的功率半导体开关操作非常频繁，那么这种开关操作就会引起交流线电流的失真和噪声。
某些国际标准（例如IEC 61000-3-2）针对各种类型的电气设备规定了可容许的线电流失真与功率因数的大小。
实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用增强-转换电路（如图1所示），这种电路能够产生比输入电压更高的输出电压。
图1 实现功率因数补偿最简单、最划算的一种方法就是使用能够产生比输入电压更高的输出电压的增强-
转换电路
增强二极管的性能
对于功率达到300W以上的设备，
通常使用工作在连续导通模式（即CCM）下的增强。
对于增强转换器所需的两种功率半导体器件——MOSFE T和二极管，其中二极管具有相对较高的性能要求，因为它的反向恢复特性会影响MOSFET的性能。
在连续导通模式下，每当控制IC打开MOSFET时，二极管就会产生一个较高的正向电流。
由于增强二极管在完全正向偏置的情况下会发生快速反偏，并且硅二极管的关闭需要一定的时间，因此在二极管关闭时流回二极管的反向恢复电流（IRR）就会非常大（参见图2中的红色曲线）。
图2 四种常见增强二极管（400V、5A、200A/μs、125℃）的反向恢复波形
流过MOSFET的反向电流升高了它的工作温度。
为此人们设计出了具有极低反向恢复时间（tRR）的专用硅二极管，但是它们能够降低的IRR通常都很有限，经常会出现突然关闭的现象（参见图2中的黑色曲线）。
低QRR和高软化系数
肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。
肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向恢复电荷（QRR）和它的恢复软化系数。
这两个指标对于增强转换器都非常重要。
低QRR在二极管关闭时会产生较低的IRR。
高软化系数会减少二极管关闭所产生的EMI噪声、在器件阳极上产生的电压脉冲峰值，降低换向操作干扰PFC控制IC的可能性。
肖特基二极管的局限性
肖特基二极管能够大大提高PFC增强转换器的性能，但是硅肖特基二极管具有250V左右的反向电压限制。
由于增强二极管必须能够耐受500～600V，因此人们开始使用碳化硅（SiC）器件，这种化合物能够耐受较高的电压。
但是，由于SiC器件的成本较高（是同类硅器件的3～5倍），因此很少有应用能够用得起这种器件。
过去几年中也出现了性能更好的硅二极管，但是它们的性能都比不上SiC肖特基器件。
最近，人们研制出了一系列新型的硅整流器，它们的反向恢复性能可与SiC肖特基二极管媲美（参见图2中的绿色曲线）。
在PN结硅二极管发生反偏之前必须消除的QRR决定了在其关闭时能够从中产生的IRR大小。
QRR主要取决于PN结附近少数载流子的持续时间或寿命。
由于肖特基二极管仅仅是由金属材料接触N型半导体材料构成的，因此它们没有少数载流子。
当肖特基二极管发生反偏时，产生的低IRR来源于金属与二极管体接触电容的放电效应。
在硅二极管的设计过程中可以采用多种技术控制器件中少数载流子的寿命，但是迄今为止还无法匹配SiC二极管的低QRR。
如图2中的绿色曲线所示，最新的硅器件——Qspeed半导体公司的Q系列——能够实现与SiC肖特基器件同样低的IRR（如图2中的蓝色曲线所示）。
肖特基二极管没有少数载流子，因为它们只是由金属材料接触N型半导体材料构成的。
软化系数是衡量二极管达到最大负值时其IRR下降归零速度的一个指标。
具有快速恢复功能的硅二极管在设计过程中通常采用少数载流子寿命控制技术，使得IRR能够陡峭下降（如图2中的黑色曲线所示）。
这种快速的关闭过程会在二极管的阳极产生大量EMI噪声和较大的电压尖脉冲。
为了抵消使用快速二极管时出现的这些不希望发生的现象，我们需要精心设计慢速的电路。
高软化系数意味着二极管的IRR归零的变化速度（di/dt）等于或小于它上升到最大负值的速度。
当二极管缓慢关闭时，它在二极管阳极上产生的EMI噪声较少，产生的电压尖脉冲也较低，而且不容易干扰控制IC的工作。
能够与SiC肖特基二极管相匹敌的硅整流器目前已经问世，因此工程师们应该重新评估其PFC增强转换器的设计，看一看在使用这些具有与SiC同样性能的新型硅器件之后是否能够降低设计成本并且/或者提高设计性能。