碳化硅二極管介紹及在應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢、生產(chǎn)廠家的優(yōu)選-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-07-31
碳化硅材料半導體，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)市場價格表現(xiàn)同類型的硅材料與碳化硅材料的半導體器件價格相差十倍有余。碳化硅單晶體可以制作晶體管（二極管和三極管）。因為碳化硅的禁帶寬度大，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（因為是寬禁帶半導體,重摻雜難以起作用）在半導體器件的應(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)帶來革命性的變革。
（一）碳化硅二極管的優(yōu)勢如下：碳化硅JFET有著高輸入阻抗、低噪聲和線性度好等特點，是目前發(fā)展較快的碳化硅器件之一，并且率先實現(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題和載流子遷移率過低的限制，同時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器件的門極的結(jié)型結(jié)構(gòu)使得通常JFET的閾值電壓大多為負，即常通型器件，這對于電力電子的應(yīng)用極為不利，無法與目前通用的驅(qū)動電路兼容。美國Semisouth公司和Rutgers大學通過引入溝槽注入式或者臺面溝槽結(jié)構(gòu)(TIVJFET)的器件工藝，開發(fā)出常斷工作狀態(tài)的增強型器件。但是增強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更容易實現(xiàn)更高功率密度和電流能力，而耗盡型JFET器件可以通過級聯(lián)的方法實現(xiàn)常斷型工作狀態(tài)。級聯(lián)的方法是通過串聯(lián)一個低壓的Si基MOSFET來實現(xiàn)。級聯(lián)后的JFET器件的驅(qū)動電路與通用的硅基器件驅(qū)動電路自然兼容。級聯(lián)的結(jié)構(gòu)非常適用于在高壓高功率場合替代原有的硅IGBT器件，并且直接回避了驅(qū)動電路的兼容問題。
（三）目前，碳化硅JFET器件以及實現(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)品電壓等級在1200V、1700V，單管電流等級最高可以達20A，模塊的電流等級可以達到100A以上。2011年，田納西大學報到了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(該模塊在中等負載等級下的效率為98.5%@10kHz、10kW，比起Si模塊效率更高。2013年Rockwell公司采用600V/5AMOS增強型JFET以及碳化硅二極管并聯(lián)制作了電流等級為25A的三相電極驅(qū)動模塊，并與現(xiàn)今較為先進的IGBT、pin二極管模塊作比較：在同等功率等級下(25A/600V)，面積減少到60%，該模塊旨在減小通態(tài)損耗以及開關(guān)損耗以及功率回路當中的過壓過流。
碳化硅（SiC）是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導體材料，世界各國對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、歐洲、日本等不僅從國家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃，而且一些國際電子業(yè)巨頭也都投入巨資發(fā)展碳化硅半導體器件。
KIA半導體根據(jù)日益嚴苛的行業(yè)標準和市場對高能效產(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半導體設(shè)計生產(chǎn)的碳化硅二極管型號具有較短的恢復(fù)時間、溫度對于開關(guān)行為的影響較小、標準工作溫度范圍為-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)勢在于它具有超快的開關(guān)速度且無反向恢復(fù)電流，與硅件相比，它能夠大大降低開關(guān)損耗并實現(xiàn)卓越的能效。更快的開關(guān)速度同時也能讓制造商減小產(chǎn)品電磁線圈以及相關(guān)無源組件的尺寸，從而提高組裝效率，減輕系統(tǒng)重量，并降低物料（BOM）成本。
1.太陽能逆變器
太陽能發(fā)電用二極管的基本材料，碳化硅二極管的各項技術(shù)指標均優(yōu)于普通雙極二極管(silicon bipolar)技術(shù)。碳化硅二極管導通與關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換速度非常快，而且沒有普通雙極二極管技術(shù)開關(guān)時的反向恢復(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能逆變器的效率。
2.新能源汽車充電器
碳化硅二極管通過汽車級產(chǎn)品測試，極性接反擊穿電壓提高到650V，能夠滿足設(shè)計人員和汽車廠商希望降低電壓補償系數(shù) 的要求，以確保車載充電半導體元器件的標稱電壓與瞬間峰壓 ，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，降低車載充電器的重量。
3.開關(guān)電源優(yōu)勢
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)量的快速開關(guān)二極管電路或高頻轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。
4.工業(yè)優(yōu)勢
碳化硅二極管：重型電機、工業(yè)設(shè)備主要是用在高頻電源的轉(zhuǎn)換器上，可以帶來高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。
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