眾所周知，硅（Si）材料及其基礎上的技術方向曾經(jīng)改變了世界。硅材料從沙子中提煉，構(gòu)筑了遠比沙土城堡更精密復雜的產(chǎn)品。如今，碳化硅（SiC）材料作為一種衍生技術進入了市場——相比硅材料，它可以實現(xiàn)更高功率等級的功率轉(zhuǎn)換、更快的開關速度、傳熱效率上也優(yōu)于硅材料。本篇博客探討了SiC材料如何提升產(chǎn)品性能以超越基于硅材料的領域，從而為我們?nèi)碌臄?shù)字世界創(chuàng)造下一代解決方案。硅基MOSFET、碳化硅（SiC）MOSFET、氮化鎵（GaN）HEMT或碳化硅（SiC）FET等功率電子器件是用于眾多市場領域的主要技術構(gòu)件。長期以來，硅一直是功率電子應用中的首選半導體材料。直到最近，由于SiC技術性能和可靠性的顯著提升，人們開始從硅轉(zhuǎn)向SiC器件。SiC的性能優(yōu)勢已在電動車、白色家電、基礎設施、太陽能/可再生能源、數(shù)據(jù)中心等多個電力電子市場產(chǎn)生深遠的影響。得益于更大的帶隙能量（即3.3eV，而硅為1.1eV——參見圖2）和更高的擊穿電壓，SiC可用于創(chuàng)建更新穎、更高性能的解決方案。如今，制造商采用SiC技術來開發(fā)基于各種半導體器件的功率電子模塊，如雙極結(jié)型晶體管（BJT）、結(jié)型場效應晶體管（JFET）和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。在接下來的章節(jié)中，我們將探討為何SiC正在成為面向未來的突破性電力電子技術。
首先，SiC MOSFET或SiC FET與硅器件相比具有若干優(yōu)勢。SiC更高的擊穿電壓意味著可以使用更輕薄的器件來支持更高的電壓。另外，SiC相較于硅的其它優(yōu)勢還包括：作為一種寬帶隙材料，在高溫條件下漏電流較低；
更高的熱導率，有助于支持高電流密度應用；
更低的能量損耗，有助于最大限度減少功率損耗；
更高的開關頻率，減小了大型外圍被動元器件的尺寸和重量；
較小的裸片尺寸和較低寄生電容帶來更低的開關損耗，使得功率轉(zhuǎn)換器能夠在更高的開關頻率及速度下運行；
能夠在更高的環(huán)境溫度下正常工作，有助于減小散熱器的尺寸。
由此，我們現(xiàn)在可以看到SiC器件相對于硅基器件的諸多優(yōu)勢；這也成為許多應用從硅轉(zhuǎn)向SiC的原因。
在電力電子領域，如何在高功率應用中有效減少或最小化功耗損失一直是非常重要的。與此類似，滿足極端條件下的熱設計要求也是非常重要的。SiC不但能夠滿足以上這些要求，其漏極-源極電阻（RDS(ON)）比硅器件低300到400倍。這一品質(zhì)因數(shù)（FOM）是生產(chǎn)廠家的福音，基于這個特點，這些客戶可以設計出高效率的電力電子設備。此外，有效裸片面積相同的情況下，碳化硅器件（SiC）可以轉(zhuǎn)換的功率等級比基于硅（Si）的器件更高——換句話說，碳化硅器件（SiC）可以用更小的芯片尺寸實現(xiàn)相同的功率等級轉(zhuǎn)換。此外，SiC具有較高的電熱導率和快速開關功能，以及較低的輸出電容與RDS(ON)。因為碳化硅（SiC）器件可以轉(zhuǎn)換更高等級的能量并且理論上具備更高的開關頻率，可以幫助制造商節(jié)省系統(tǒng)成本。原因何在？因為這些品質(zhì)因數(shù)（FOM）意味著那些被動元器件的尺寸可以大大減少，例如：變壓器、扼流圈和電感器等磁性部件，而這些器件在開關電源設計中所有開關電源設計中都必不可少的；所有這些FOM意味著碳化硅器件（SiC）將在三相逆變器、數(shù)字電源和功率電子變換器（AC/DC和DC/DC）等應用中大有作為。效率是各個制造商當下所追求的另一個FOM。鑒于全球都在推進“綠色”能源倡議，在許多應用中，效率也已成為一個關鍵的推動因素。下文中的圖1顯示了SiC相對于硅材料可實現(xiàn)更高的效率；這使其成為當今許多下一代設計中的首選技術。SiC等寬帶隙半導體技術是下一代高效功率電子器件的理想選擇（見圖2）。SiC從650V電壓開始便表現(xiàn)出出色的電壓阻斷能力，且在更高電壓下所帶來的優(yōu)勢更為顯著。下一代解決方案的一個關鍵舉措是“綠色（即高能效）”系統(tǒng)的構(gòu)建。SiC則可提供這種能力——其寬帶隙特性可實現(xiàn)更高的功率效率、更小的尺寸、更輕的重量，和更低的總體成本——即相當于“更環(huán)保”的解決方案。
現(xiàn)在，我們對Si與SiC之間的比較有了更好的理解。在我們所處的全新數(shù)字世界，兩者在諸多應用中均占有一席之地；然而，在很多解決方案中，SiC能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)秀的性能指標。SiC技術能夠被應用在廣泛的電力電子解決方案中。由于具備較廣的工作柵極驅(qū)動范圍，在高頻DC/DC和AC/DC等應用中采用SiC會帶來許多優(yōu)勢。此外，在電動車逆變器中使用SiC，更可獲得更低的導通損耗和強大的短路處理能力。SiC技術的不斷進步將促使其在更多應用中得到推廣，并開拓其它領域。同時，封裝設計的進步、市場接受度的提高，以及市場空間的快速增長，都會進一步助力SiC技術應用于更多解決方案。了解有關本主題的更多信息以及獲得針對您最新設計挑戰(zhàn)的解決方案，請訪問Qorvo Design Hub（https://cn.qorvo.com/design-hub/），獲取內(nèi)容豐富的視頻、博客文章、白皮書和工具等。了解更多有關本主題和其它Qorvo電源解決方案的信息，請訪問Qorvo.com網(wǎng)站，或留言您的聯(lián)系方式和方案簡介，我們會有專人與您聯(lián)系。
原文標題：功率電子器件從硅（Si）到碳化硅（SiC）的過渡
文章出處：【微信公眾號：Qorvo半導體】歡迎添加關注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
聲明：本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內(nèi)容侵權或者其他違規(guī)問題，請聯(lián)系本站處理。
舉報投訴
原文標題：功率電子器件從硅（Si）到碳化硅（SiC）的過渡
文章出處：【微信號：Qorvo_Inc，微信公眾號：Qorvo半導體】歡迎添加關注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關推薦
。 高熱導率 ：SiC的熱導率是Si的三倍以上，有助于器件的散熱。 高電子飽和速度 ：SiC的電子
![的頭像]()
發(fā)表于 11-25 18:10
?488次閱讀
隨著科技的不斷進步，電子器件的性能要求也日益提高。傳統(tǒng)的硅（Si）材料在某些應用中已經(jīng)接近其物理極限，尤其是在高溫、高壓和高頻領域。碳化硅（SiC
![的頭像]()
發(fā)表于 11-25 16:30
?615次閱讀
碳化硅SiC材料應用 1. 半導體領域 碳化硅是制造高性能半導體器件的理想材料，尤其是在高頻、高溫、高壓和高功率的應用中。
![的頭像]()
發(fā)表于 11-25 16:28
?604次閱讀
碳化硅（SiC）功率器件近年來在電力電子領域取得了顯著的關注和發(fā)展。相比傳統(tǒng)的硅（
![的頭像]()
發(fā)表于 09-13 11:00
?583次閱讀
碳化硅（SiC）功率器件是近年來半導體行業(yè)中的重要發(fā)展方向。相比傳統(tǒng)的硅（Si）
![的頭像]()
發(fā)表于 09-13 10:59
?337次閱讀
碳化硅（SiliconCarbide，簡稱SiC）功率器件是近年來電力電子領域的一項革命性技術。與傳統(tǒng)的
![的頭像]()
發(fā)表于 09-11 10:44
?524次閱讀
碳化硅（SiC）功率器件是一種基于碳化硅半導體材料的電力電子器件，近年來在
![的頭像]()
發(fā)表于 09-11 10:25
?568次閱讀
碳化硅（SiC）功率器件是利用碳化硅材料制造的半導體器件，主要用于高頻、高溫、高壓和高
![的頭像]()
發(fā)表于 08-07 16:22
?572次閱讀
過去十年，碳化硅(SiC)功率器件因其在功率轉(zhuǎn)換器中的高功率密度和高效率而備受關注。制造商們已經(jīng)
![的頭像]()
發(fā)表于 05-30 11:23
?752次閱讀
碳化硅具有比硅更高的熱導率、更寬的能帶寬度和更高的電子飽和漂移速度。這些特性使得SiC功率器件在
發(fā)表于 04-09 12:24
?319次閱讀
碳化硅功率器件利用SiC半導體材料制成。SiC是一種寬帶隙半導體材料，具有比硅（
發(fā)表于 03-14 10:47
?491次閱讀
隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益突出，高效、環(huán)保、節(jié)能的電力電子技術成為了當今研究的熱點。在這一領域，碳化硅（SiC）功率器件憑借其出色的物
![的頭像]()
發(fā)表于 02-22 09:19
?781次閱讀
碳化硅（SiC）是一種優(yōu)良的寬禁帶半導體材料，具有高擊穿電場、高熱導率、低介電常數(shù)等特點，因此在高溫、高頻、大功率應用領域具有顯著優(yōu)勢。碳化硅功率
![的頭像]()
發(fā)表于 01-09 09:26
?2884次閱讀
的優(yōu)勢高頻率：碳化硅材料的電子遷移率比硅高，使得碳化硅功率器件能夠承受更高的開關頻率。這有助于減
![的頭像]()
發(fā)表于 01-06 14:15
?747次閱讀
傳統(tǒng)的硅基功率器件在應對這一挑戰(zhàn)時，其性能已經(jīng)接近極限。碳化硅（SiC）功率
發(fā)表于 01-06 11:06
?451次閱讀
功率電子器件從硅（Si）到碳化硅（SiC）的過渡
工商網(wǎng)監(jiān)
評論