碳化硅二極管介紹及在應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)、生產(chǎn)廠家的優(yōu)選-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-31
碳化硅材料半導(dǎo)體，雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，目前碳化硅成本下降很多，但是據(jù)市場(chǎng)價(jià)格表現(xiàn)同類(lèi)型的硅材料與碳化硅材料的半導(dǎo)體器件價(jià)格相差十倍有余。碳化硅單晶體可以制作晶體管（二極管和三極管）。因?yàn)樘蓟璧慕麕挾却?，故做成的器件能耐高壓和高溫，是一種很好的大功率器件的材料。缺點(diǎn)是其單晶的制造比較困難，器件工藝也不成熟，而且在器件中的歐姆接觸難以做好（因?yàn)槭菍捊麕О雽?dǎo)體,重?fù)诫s難以起作用）在半導(dǎo)體器件的應(yīng)用方面，隨著碳化硅生產(chǎn)成本的降低，碳化硅由于其優(yōu)良的性能而可能取代硅作芯片，打破硅芯片由于材料本身性能的瓶頸，將給電子業(yè)帶來(lái)革命性的變革。
（一）碳化硅二極管的優(yōu)勢(shì)如下：碳化硅JFET有著高輸入阻抗、低噪聲和線性度好等特點(diǎn)，是目前發(fā)展較快的碳化硅器件之一，并且率先實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。與MOSFET器件相比，JFET器件不存在柵氧層缺陷造成的可靠性問(wèn)題和載流子遷移率過(guò)低的限制，同時(shí)單極性工作特性使其保持了良好的高頻工作能力。另外，JFET器件具有更佳的高溫工作穩(wěn)定性和可靠性。
（二）碳化硅JFET器件的門(mén)極的結(jié)型結(jié)構(gòu)使得通常JFET的閾值電壓大多為負(fù)，即常通型器件，這對(duì)于電力電子的應(yīng)用極為不利，無(wú)法與目前通用的驅(qū)動(dòng)電路兼容。美國(guó)Semisouth公司和Rutgers大學(xué)通過(guò)引入溝槽注入式或者臺(tái)面溝槽結(jié)構(gòu)(TIVJFET)的器件工藝，開(kāi)發(fā)出常斷工作狀態(tài)的增強(qiáng)型器件。但是增強(qiáng)型器件往往是在犧牲一定的正向?qū)娮杼匦缘那闆r下形成的，因此常通型(耗盡型)JFET更容易實(shí)現(xiàn)更高功率密度和電流能力，而耗盡型JFET器件可以通過(guò)級(jí)聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)常斷型工作狀態(tài)。級(jí)聯(lián)的方法是通過(guò)串聯(lián)一個(gè)低壓的Si基MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)。級(jí)聯(lián)后的JFET器件的驅(qū)動(dòng)電路與通用的硅基器件驅(qū)動(dòng)電路自然兼容。級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)非常適用于在高壓高功率場(chǎng)合替代原有的硅IGBT器件，并且直接回避了驅(qū)動(dòng)電路的兼容問(wèn)題。
（三）目前，碳化硅JFET器件以及實(shí)現(xiàn)一定程度的產(chǎn)業(yè)化，主要由Infineon和SiCED公司推出的產(chǎn)品為主。產(chǎn)品電壓等級(jí)在1200V、1700V，單管電流等級(jí)最高可以達(dá)20A，模塊的電流等級(jí)可以達(dá)到100A以上。2011年，田納西大學(xué)報(bào)到了50kW的碳化硅模塊，該模塊采用1200V/25A的SiC JFET并聯(lián)，反并聯(lián)二極管為SiCSBD。2011年，GlobalPowerElectronics研制了使用SiCJFET制作的高溫條件下SiC三相逆變器的研究，該模塊峰值功率為50kW(該模塊在中等負(fù)載等級(jí)下的效率為98.5%@10kHz、10kW，比起Si模塊效率更高。2013年Rockwell公司采用600V/5AMOS增強(qiáng)型JFET以及碳化硅二極管并聯(lián)制作了電流等級(jí)為25A的三相電極驅(qū)動(dòng)模塊，并與現(xiàn)今較為先進(jìn)的IGBT、pin二極管模塊作比較：在同等功率等級(jí)下(25A/600V)，面積減少到60%，該模塊旨在減小通態(tài)損耗以及開(kāi)關(guān)損耗以及功率回路當(dāng)中的過(guò)壓過(guò)流。
碳化硅（SiC）是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，世界各國(guó)對(duì)SiC的研究非常重視，紛紛投入大量的人力物力積極發(fā)展，美國(guó)、歐洲、日本等不僅從國(guó)家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃，而且一些國(guó)際電子業(yè)巨頭也都投入巨資發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體器件。
KIA半導(dǎo)體根據(jù)日益嚴(yán)苛的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)對(duì)高能效產(chǎn)品的需求，推出新型600V-1700V碳化硅二極管，可幫助制造商滿足這些不斷上升的能效要求，提供更好的可靠性、耐用性和成本效率。
KIA半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生產(chǎn)的碳化硅二極管型號(hào)具有較短的恢復(fù)時(shí)間、溫度對(duì)于開(kāi)關(guān)行為的影響較小、標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍為-55至175攝氏度，大大降低散熱器的需求。碳化硅二極管的主要優(yōu)勢(shì)在于它具有超快的開(kāi)關(guān)速度且無(wú)反向恢復(fù)電流，與硅件相比，它能夠大大降低開(kāi)關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)卓越的能效。更快的開(kāi)關(guān)速度同時(shí)也能讓制造商減小產(chǎn)品電磁線圈以及相關(guān)無(wú)源組件的尺寸，從而提高組裝效率，減輕系統(tǒng)重量，并降低物料（BOM）成本。
1.太陽(yáng)能逆變器
太陽(yáng)能發(fā)電用二極管的基本材料，碳化硅二極管的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于普通雙極二極管(silicon bipolar)技術(shù)。碳化硅二極管導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換速度非?？?，而且沒(méi)有普通雙極二極管技術(shù)開(kāi)關(guān)時(shí)的反向恢復(fù)電流。在消除反向恢復(fù)電流效應(yīng)后，碳化硅二極管的能耗降低70%，能夠在寬溫度范圍內(nèi)保持高能效，并提高設(shè)計(jì)人員優(yōu)化系統(tǒng)工作頻率的靈活性，碳化硅二極管提高太陽(yáng)能逆變器的效率。
2.新能源汽車(chē)充電器
碳化硅二極管通過(guò)汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品測(cè)試，極性接反擊穿電壓提高到650V，能夠滿足設(shè)計(jì)人員和汽車(chē)廠商希望降低電壓補(bǔ)償系數(shù) 的要求，以確保車(chē)載充電半導(dǎo)體元器件的標(biāo)稱(chēng)電壓與瞬間峰壓 ，之間有充足的安全裕度 。二極管的雙管產(chǎn)品 ，可最大限度提升空間利用率，降低車(chē)載充電器的重量。
3.開(kāi)關(guān)電源優(yōu)勢(shì)
碳化硅的使用可以極快的切換，高頻率操作，零恢復(fù)和溫度無(wú)關(guān)的行為，再加我們的低電感RP包，這些二極管可以用在任向數(shù)量的快速開(kāi)關(guān)二極管電路或高頻轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。
4.工業(yè)優(yōu)勢(shì)
碳化硅二極管：重型電機(jī)、工業(yè)設(shè)備主要是用在高頻電源的轉(zhuǎn)換器上，可以帶來(lái)高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢(shì)。
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