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碳化硅二极管

碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)材料(liao)(liao)半(ban)(ban)导体(ti)，虽然随着技术的(de)发展，目前碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)成(cheng)本下(xia)降(jiang)很多，但是据市(shi)场价(jia)(jia)格表现同类型的(de)硅(gui)(gui)(gui)材料(liao)(liao)与碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)材料(liao)(liao)的(de)半(ban)(ban)导体(ti)器(qi)(qi)(qi)件价(jia)(jia)格相差十(shi)倍有余。碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)单(dan)晶(jing)体(ti)可以(yi)(yi)制作(zuo)晶(jing)体(ti)管(guan)（二极(ji)管(guan)和(he)三极(ji)管(guan)）。因为碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)的(de)禁(jin)带宽度大，故做成(cheng)的(de)器(qi)(qi)(qi)件能(neng)耐高压和(he)高温，是一(yi)种很好的(de)大功率器(qi)(qi)(qi)件的(de)材料(liao)(liao)。缺点是其单(dan)晶(jing)的(de)制造比较困(kun)难，器(qi)(qi)(qi)件工艺(yi)也不成(cheng)熟，而且(qie)在(zai)器(qi)(qi)(qi)件中的(de)欧(ou)姆接触难以(yi)(yi)做好（因为是宽禁(jin)带半(ban)(ban)导体(ti),重掺杂难以(yi)(yi)起作(zuo)用）在(zai)半(ban)(ban)导体(ti)器(qi)(qi)(qi)件的(de)应用方面，随着碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)生产成(cheng)本的(de)降(jiang)低，碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)由于其优良的(de)性(xing)能(neng)而可能(neng)取代硅(gui)(gui)(gui)作(zuo)芯片，打(da)破硅(gui)(gui)(gui)芯片由于材料(liao)(liao)本身性(xing)能(neng)的(de)瓶颈，将(jiang)给电子(zi)业带来革命性(xing)的(de)变革。

碳化硅二极管的优势

（一）碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅二极管(guan)的优势如(ru)下：碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅JFET有着高(gao)(gao)输入阻抗、低噪声和线(xian)性(xing)(xing)度好等特点，是目前发展较快的碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅器(qi)(qi)件(jian)之(zhi)一，并且率先实现了商业化(hua)(hua)。与(yu)MOSFET器(qi)(qi)件(jian)相(xiang)比，JFET器(qi)(qi)件(jian)不(bu)存在栅氧层缺陷造(zao)成(cheng)的可(ke)靠性(xing)(xing)问题和载流子迁移(yi)率过(guo)低的限制，同时单极性(xing)(xing)工作特性(xing)(xing)使其保持了良好的高(gao)(gao)频工作能力。另外，JFET器(qi)(qi)件(jian)具(ju)有更佳(jia)的高(gao)(gao)温(wen)工作稳定性(xing)(xing)和可(ke)靠性(xing)(xing)。

（二）碳化硅(gui)JFET器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)门极的(de)(de)(de)结(jie)型结(jie)构(gou)使得(de)通(tong)常JFET的(de)(de)(de)阈值电(dian)压(ya)大(da)多为负，即常通(tong)型器(qi)件(jian)(jian)，这对于(yu)电(dian)力电(dian)子的(de)(de)(de)应(ying)用(yong)(yong)极为不利，无(wu)法与目前通(tong)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)驱动(dong)(dong)(dong)电(dian)路(lu)兼(jian)容(rong)。美国Semisouth公司和Rutgers大(da)学通(tong)过(guo)引入(ru)沟槽注(zhu)入(ru)式或者台面(mian)沟槽结(jie)构(gou)(TIVJFET)的(de)(de)(de)器(qi)件(jian)(jian)工艺，开发(fa)出常断工作状(zhuang)态(tai)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)强(qiang)型器(qi)件(jian)(jian)。但是(shi)增(zeng)(zeng)强(qiang)型器(qi)件(jian)(jian)往(wang)往(wang)是(shi)在牺(xi)牲一定的(de)(de)(de)正(zheng)向导通(tong)电(dian)阻特性的(de)(de)(de)情况下形成的(de)(de)(de)，因此常通(tong)型(耗尽型)JFET更容(rong)易实(shi)(shi)现更高(gao)功率密度和电(dian)流能(neng)力，而(er)耗尽型JFET器(qi)件(jian)(jian)可以通(tong)过(guo)级(ji)(ji)(ji)(ji)联(lian)的(de)(de)(de)方法实(shi)(shi)现常断型工作状(zhuang)态(tai)。级(ji)(ji)(ji)(ji)联(lian)的(de)(de)(de)方法是(shi)通(tong)过(guo)串联(lian)一个低压(ya)的(de)(de)(de)Si基(ji)MOSFET来实(shi)(shi)现。级(ji)(ji)(ji)(ji)联(lian)后的(de)(de)(de)JFET器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)驱动(dong)(dong)(dong)电(dian)路(lu)与通(tong)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)硅(gui)基(ji)器(qi)件(jian)(jian)驱动(dong)(dong)(dong)电(dian)路(lu)自然兼(jian)容(rong)。级(ji)(ji)(ji)(ji)联(lian)的(de)(de)(de)结(jie)构(gou)非常适用(yong)(yong)于(yu)在高(gao)压(ya)高(gao)功率场合替(ti)代原有的(de)(de)(de)硅(gui)IGBT器(qi)件(jian)(jian)，并且(qie)直接回避了(le)驱动(dong)(dong)(dong)电(dian)路(lu)的(de)(de)(de)兼(jian)容(rong)问题。

（三(san)）目前，碳化(hua)硅JFET器件以(yi)(yi)(yi)及(ji)实现一定程(cheng)度的(de)(de)产业化(hua)，主要(yao)由(you)Infineon和SiCED公(gong)(gong)司(si)推出(chu)的(de)(de)产品为(wei)(wei)主。产品电(dian)压等(deng)级(ji)(ji)在(zai)1200V、1700V，单管电(dian)流(liu)等(deng)级(ji)(ji)最高可以(yi)(yi)(yi)达(da)20A，模块的(de)(de)电(dian)流(liu)等(deng)级(ji)(ji)可以(yi)(yi)(yi)达(da)到100A以(yi)(yi)(yi)上。2011年(nian)(nian)，田纳西大学(xue)报到了50kW的(de)(de)碳化(hua)硅模块，该(gai)模块采(cai)用1200V/25A的(de)(de)SiC  JFET并(bing)联(lian)，反并(bing)联(lian)二(er)极(ji)管为(wei)(wei)SiCSBD。2011年(nian)(nian)，GlobalPowerElectronics研制了使用SiCJFET制作(zuo)(zuo)的(de)(de)高温条件下SiC三(san)相(xiang)逆变器的(de)(de)研究(jiu)，该(gai)模块峰值功(gong)率(lv)为(wei)(wei)50kW(该(gai)模块在(zai)中(zhong)等(deng)负(fu)载等(deng)级(ji)(ji)下的(de)(de)效率(lv)为(wei)(wei)98.5%@10kHz、10kW，比起Si模块效率(lv)更高。2013年(nian)(nian)Rockwell公(gong)(gong)司(si)采(cai)用600V/5AMOS增(zeng)强型(xing)JFET以(yi)(yi)(yi)及(ji)碳化(hua)硅二(er)极(ji)管并(bing)联(lian)制作(zuo)(zuo)了电(dian)流(liu)等(deng)级(ji)(ji)为(wei)(wei)25A的(de)(de)三(san)相(xiang)电(dian)极(ji)驱动模块，并(bing)与现今较为(wei)(wei)先(xian)进的(de)(de)IGBT、pin二(er)极(ji)管模块作(zuo)(zuo)比较：在(zai)同等(deng)功(gong)率(lv)等(deng)级(ji)(ji)下(25A/600V)，面积减少到60%，该(gai)模块旨在(zai)减小通(tong)态损(sun)耗(hao)以(yi)(yi)(yi)及(ji)开关损(sun)耗(hao)以(yi)(yi)(yi)及(ji)功(gong)率(lv)回路(lu)当中(zhong)的(de)(de)过压过流(liu)。

碳化硅（SiC）是目前发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)最成熟(shu)的宽禁带半(ban)导体(ti)材料，世界各国对SiC的研究(jiu)非常重视，纷纷投(tou)(tou)入大量的人力(li)物力(li)积极发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，美(mei)国、欧(ou)洲、日本等不仅从国家(jia)层(ceng)面(mian)上(shang)制定了相应的研究(jiu)规(gui)划(hua)，而(er)且一些国际电子业巨头也都(dou)投(tou)(tou)入巨资(zi)发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)碳化硅半(ban)导体(ti)器件。

KIA碳化硅二极管产品特点

KIA半导(dao)体根据日益严(yan)苛的(de)行业(ye)标准和市场对高能效(xiao)产品的(de)需求，推出新型(xing)600V-1700V碳化硅二(er)极管(guan)，可帮助制造商(shang)满足这(zhei)些不断上(shang)升的(de)能效(xiao)要求，提供更好(hao)的(de)可靠(kao)性、耐用性和成本(ben)效(xiao)率。

KIA半导体设计生产的(de)碳化硅二(er)极管(guan)型号(hao)具(ju)有较短的(de)恢(hui)复时(shi)间、温度对于开(kai)关行为的(de)影响较小(xiao)(xiao)、标准工作(zuo)温度范围为-55至175摄氏度，大(da)(da)大(da)(da)降低散热(re)器(qi)的(de)需求。碳化硅二(er)极管(guan)的(de)主要优势(shi)在于它(ta)具(ju)有超快的(de)开(kai)关速(su)度且无反向(xiang)恢(hui)复电(dian)流，与(yu)硅件相(xiang)比，它(ta)能(neng)够大(da)(da)大(da)(da)降低开(kai)关损耗并(bing)实现卓越(yue)的(de)能(neng)效。更快的(de)开(kai)关速(su)度同时(shi)也能(neng)让(rang)制(zhi)造(zao)商减(jian)小(xiao)(xiao)产品电(dian)磁(ci)线(xian)圈(quan)以及相(xiang)关无源组(zu)件的(de)尺寸，从而提(ti)高(gao)组(zu)装效率，减(jian)轻系统重量(liang)，并(bing)降低物料（BOM）成本。

应用领域及优势

1.太(tai)阳(yang)能(neng)逆变器

太(tai)阳能(neng)发电用二极(ji)管的(de)基(ji)本材料，碳化(hua)硅(gui)二极(ji)管的(de)各(ge)项技术(shu)(shu)指(zhi)标均(jun)优于普(pu)通(tong)双(shuang)极(ji)二极(ji)管(silicon bipolar)技术(shu)(shu)。碳化(hua)硅(gui)二极(ji)管导通(tong)与关断状态的(de)转(zhuan)换速度(du)非常快(kuai)，而且没有(you)普(pu)通(tong)双(shuang)极(ji)二极(ji)管技术(shu)(shu)开关时的(de)反向(xiang)恢复(fu)电流(liu)。在消除反向(xiang)恢复(fu)电流(liu)效应后，碳化(hua)硅(gui)二极(ji)管的(de)能(neng)耗降低(di)70%，能(neng)够在宽温度(du)范(fan)围内保(bao)持高(gao)能(neng)效，并提(ti)高(gao)设计人员优化(hua)系(xi)统工作频率(lv)的(de)灵活性(xing)，碳化(hua)硅(gui)二极(ji)管提(ti)高(gao)太(tai)阳能(neng)逆(ni)变器的(de)效率(lv)。

2.新(xin)能源汽车充电(dian)器(qi)

碳化硅(gui)二极(ji)管通过(guo)汽(qi)车(che)(che)级产品(pin)测试，极(ji)性接反击穿(chuan)电(dian)(dian)压(ya)(ya)提(ti)高到650V，能够(gou)满足设(she)计人员和汽(qi)车(che)(che)厂(chang)商希望降(jiang)低电(dian)(dian)压(ya)(ya)补偿系数(shu) 的(de)要求，以确保车(che)(che)载(zai)充(chong)电(dian)(dian)半导(dao)体元器(qi)件(jian)的(de)标称电(dian)(dian)压(ya)(ya)与(yu)瞬间峰压(ya)(ya) ，之(zhi)间有充(chong)足的(de)安(an)全裕(yu)度 。二极(ji)管的(de)双(shuang)管产品(pin) ，可最大(da)限(xian)度提(ti)升空间利用(yong)率，降(jiang)低车(che)(che)载(zai)充(chong)电(dian)(dian)器(qi)的(de)重量。

3.开(kai)关电源优势

碳化硅的使用可以(yi)极快的切换，高频(pin)率操作，零恢复(fu)和温度无关(guan)的行为，再加我们的低电(dian)感RP包，这些二极管可以(yi)用在任(ren)向数量的快速(su)开关(guan)二极管电(dian)路或高频(pin)转换器应用。

4.工业优(you)势

碳(tan)化硅二极管：重型电机、工业设(she)备主要是用在高频电源的(de)转换器上，可以(yi)带来高效率、大功(gong)率、高频率的(de)优势。

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