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第三代半導(dǎo)體材料——碳化硅
文章來源：未知     更新時間：2019-05-27 15:07:14

 半導(dǎo)體材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，第一代硅材料半導(dǎo)體已經(jīng)接近完美晶體，對于硅材料的研究也非常透徹?；诠璨牧仙掀骷脑O(shè)計(jì)和開發(fā)也經(jīng)過了許多代的結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化和更新，正在逐漸接近硅材料的極限，基于硅材料的器件性能提高的潛力愈來愈小。以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體具備優(yōu)異的材料物理特性，為進(jìn)一步提升電力電子器件的性能提供了更大的空間。



 

1、碳化硅是什么？


SiC是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導(dǎo)體材料。其結(jié)合力非常強(qiáng)，在熱、化學(xué)、機(jī)械方面都非常穩(wěn)定。SiC存在各種多型體（多晶型體），它們的物理特性值各有不同。4H-SiC最適用于功率元器件。下表為Si和近幾年經(jīng)常聽到的半導(dǎo)體材料的比較。



2、碳化硅有什么用？


以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體大功率電力電子器件是目前在電力電子領(lǐng)域發(fā)展最快的功率半導(dǎo)體器件之一。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，也是目前晶體生產(chǎn)技術(shù)和器件制造水平最成熟，應(yīng)用最廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，目前在已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應(yīng)用場合下極為理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，因此碳化硅器件也被譽(yù)為帶動“新能源革命”的“綠色能源器件”。


1、半導(dǎo)體照明領(lǐng)域


采用碳化硅作為襯底的LED期間亮度更高、能耗更低壽命更長、單位芯片面積更小，在大功率LED方面具有非常大的優(yōu)勢。 

 

2、各類電機(jī)系統(tǒng)


在5千伏以上的高壓應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體碳化硅功率器件在開關(guān)損耗與浪涌電壓上均有應(yīng)用，最大可減少 92%的開關(guān)損耗，半導(dǎo)體碳化硅功率器件功耗降低效果明顯，設(shè)備的發(fā)熱量大幅減少，使得設(shè)備的冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)一步簡化，設(shè)備體積小型化，大大減少散熱用金屬材料的消耗。


3、新能源汽車及不間斷電源等電力電子領(lǐng)域


新能源汽車產(chǎn)業(yè)要求逆變器(即馬達(dá)驅(qū)動)的半導(dǎo)體功率模塊，在處理高強(qiáng)度電流時，具有遠(yuǎn)超出普通工業(yè)用途逆變器的可靠性；在大電流功率模塊中，具有更好的散熱性，高效、快速、耐高溫、可靠性高的半導(dǎo)體碳化硅模塊完全符合新能源汽車要求。半導(dǎo)體碳化硅功率模塊小型化的特點(diǎn)可大幅削減新能源汽車的電力損失，使其在200℃高溫下仍能正常工作。更輕、更小的設(shè)備重量減少，減少汽車自身重量帶來的能耗。


半導(dǎo)體碳化硅材料除了在新能源汽車節(jié)能中占有重要地位外,在高鐵、太陽能光伏、風(fēng)能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領(lǐng)域均起到了卓越的節(jié)能環(huán)保作用。


4、讓電子設(shè)備體積更小


將筆記本電腦適配器的體積減少80%，將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小。這也是碳化硅半導(dǎo)體令人期待的一個地方。


隨著國家對第三代半導(dǎo)體材料的重視，近年來，我國半導(dǎo)體材料市場發(fā)展迅速。其中以碳化硅為主的材料備受關(guān)注。盡管如此，但產(chǎn)業(yè)難題仍待解決，如我國材料的制造工藝和質(zhì)量并未達(dá)到世界頂級，材料制造設(shè)備依賴于進(jìn)口嚴(yán)重，碳化硅器件方面產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成等，這些問題需逐步解決，方可讓國產(chǎn)半導(dǎo)體材料屹立于世界頂尖行列。
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