碳化硅功率器件的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景

一、引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，碳化硅（SiC）功率器件作為一種新型的半導(dǎo)體材料，逐漸在電力電子領(lǐng)域嶄露頭角。與傳統(tǒng)的硅功率器件相比，碳化硅功率器件具有高導(dǎo)熱率和高電子飽和遷移率，使得碳化硅功率器件具有高效率、高功率密度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。本文將介紹碳化硅功率器件的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展前景。

二、碳化硅功率器件的基本原理

碳化硅功率器件主要包括二極管、晶體管等，它們的工作原理與硅功率器件類(lèi)似，主要依賴(lài)于半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)。然而，碳化硅的能帶結(jié)構(gòu)與硅有所不同，這使得碳化硅功率器件具有一些獨(dú)特的性能。

碳化硅二極管

碳化硅二極管是一種具有整流作用的功率器件，其工作原理與硅二極管類(lèi)似。當(dāng)外加正向電壓時(shí)，碳化硅二極管中的電子從N區(qū)注入P區(qū)，形成正向電流。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，碳化硅二極管中的空穴從P區(qū)注入N區(qū)，形成反向電流。由于碳化硅的能帶結(jié)構(gòu)具有高禁帶寬度和高電子飽和遷移率，使得碳化硅二極管具有高耐壓、高電流密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。

碳化硅晶體管

碳化硅晶體管是一種具有放大作用的功率器件，其工作原理與硅晶體管類(lèi)似。當(dāng)外加電壓時(shí)，碳化硅晶體管中的電子和空穴在基區(qū)中形成電流，并通過(guò)集電區(qū)的收集作用形成輸出電流。由于碳化硅的能帶結(jié)構(gòu)具有高禁帶寬度和高電子飽和遷移率，使得碳化硅晶體管具有高耐壓、高電流密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。

三、碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域

新能源汽車(chē)

隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，碳化硅功率器件在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。碳化硅功率器件的高效率、高功率密度和高可靠性，使得它成為新能源汽車(chē)逆變器、電機(jī)控制器等核心部件的首選。

軌道交通

軌道交通對(duì)于電力電子設(shè)備的要求非常高，而碳化硅功率器件的高效率、高功率密度和高可靠性正好滿(mǎn)足這一要求。因此，碳化硅功率器件在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，如牽引逆變器、輔助電源等。

智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是未來(lái)電力系統(tǒng)的必然趨勢(shì)，而碳化硅功率器件的高效率、高功率密度和高可靠性正好滿(mǎn)足智能電網(wǎng)的需求。因此，碳化硅功率器件在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，如無(wú)功補(bǔ)償器、有源濾波器等。

四、發(fā)展前景

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，碳化硅功率器件的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低，碳化硅功率器件將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。同時(shí)，隨著新能源汽車(chē)、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，碳化硅功率器件的市場(chǎng)需求也將不斷增長(zhǎng)。因此，碳化硅功率器件的發(fā)展前景非常廣闊。

五、結(jié)論

本文介紹了碳化硅功率器件的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展前景?？梢钥闯?，碳化硅功率器件作為一種新型的半導(dǎo)體材料，具有高效率、高功率密度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)更大發(fā)展。

無(wú)錫國(guó)晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規(guī)集成電路研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，從事碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機(jī)集成電路等產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售并提供相關(guān)產(chǎn)品整體方案設(shè)計(jì)配套服務(wù)，總部位于江蘇省無(wú)錫市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，并在杭州、深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心和銷(xiāo)售服務(wù)支持中心及辦事處。

公司具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)實(shí)力，專(zhuān)注于為客戶(hù)提供高效能、低功耗、低阻值、品質(zhì)穩(wěn)定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產(chǎn)品，同時(shí)提供一站式的應(yīng)用解決方案和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持服務(wù)，使客戶(hù)的系統(tǒng)性能優(yōu)異、靈活可靠，并具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

公司的碳化硅功率器件涵蓋650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品完全可以對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌同行的先進(jìn)品質(zhì)及水平。先后推出全電流電壓等級(jí)碳化硅肖特基二極管、通過(guò)工業(yè)級(jí)、車(chē)規(guī)級(jí)可靠性測(cè)試的碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)用于太陽(yáng)能逆變電源、新能源電動(dòng)汽車(chē)及充電樁、智能電網(wǎng)、高頻電焊、軌道交通、工業(yè)控制特種電源、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。由于其具有高速開(kāi)關(guān)和低導(dǎo)通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現(xiàn)優(yōu)異的電氣特性，大幅降低開(kāi)關(guān)損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，提高系統(tǒng)整體可靠性，可使電動(dòng)汽車(chē)在續(xù)航里程提升10%，整車(chē)重量降低5%左右，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)用充電樁的高溫環(huán)境下安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

特別在高低壓光耦半導(dǎo)體技術(shù)方面更是擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在國(guó)內(nèi)創(chuàng)先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了28nm光敏光柵開(kāi)關(guān)PVG芯片技術(shù)，并成功量產(chǎn)應(yīng)用于60V、400V、600V高低壓、低內(nèi)阻、低電容的光電耦合繼電器芯片、涵蓋1500kVrms SOP超小封裝及3750kVrms隔離增強(qiáng)型常規(guī)SMD、DIP等不同封裝，單路、雙路、混合雙路、常開(kāi)常閉等電路產(chǎn)品，另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit單片機(jī)等集成電路產(chǎn)品，均獲得市場(chǎng)及各重點(diǎn)科研單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品認(rèn)定。

公司核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)中大部分工程師擁有碩士及以上學(xué)位，并有多名博士主持項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。公司建立了科技創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的規(guī)范體系，在電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件及工藝設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、器件模型提取等方面積累了眾多核心技術(shù)，擁有多項(xiàng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)自主發(fā)明專(zhuān)利。

“國(guó)之重器，從晶出發(fā)，自強(qiáng)自主，成就百年”是國(guó)晶微半導(dǎo)體的企業(yè)目標(biāo)，我們?yōu)閱T工提供精彩的發(fā)展空間，為客戶(hù)提供精良的產(chǎn)品服務(wù)，我們真誠(chéng)期待與您攜手共贏未來(lái)。

審核編輯：湯梓紅