SiC_what1(SiC半導体の特徴)

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何謂sic功率元件? SiC半導體

 

1. SiC材料的物性與特徵

SiC(碳化矽)係由矽(Si)與碳©所組成之化合物半導體材料。
絕緣破壞電場強度為Si的10倍、能隙為Si的3倍,不僅優異,從製作元件需要之p型, n型控制可在廣泛的範圍內進行等特色來看,做為超越Si極限的功率元件用材料備受期待。
SiC存在著各種同質多形體(結晶多形),各有不同的物性值。
針對功率元件4H-SiC最為合適。

Properties Si 4H-SiC GaAs GaN
Crystal Structure Diamond Hexagonal Zincblende Hexagonal
Energy Gap: EG(eV) 1.12 3.26 1.43 3.5
Electron Mobility: μn(cm2/VS) 1400 900 8500 1250
Hole Mobility: μp(cm2) 600 100 400 200
Breakdown Field: EB(V/cm)X106 0.3 3 0.4 3
Thermal Conductivity(W/cm℃) 1.5 4.9 0.5 1.3
Saturation Drift Velocity: vs(cm/s)X107 1 2.7 2 2.7
Relative Dielectric Constant: εS 11.8 9.7 12.8 9.5
p. n Control
Thermal Oxide × ×

2. 做為功率元件所具備的特徴

從SiC的絕緣破壞電場強度與Si相比約10倍高而言, 600V~數千V的高耐壓功率元件相較於Si元件,可製作高不純物濃度且薄膜厚的漂移層。
因為高耐壓功率元件的電阻抵抗成分幾乎都是此漂移層的電阻,SiC則每單位面積的導通電阻非常低,可實現高耐壓元件。
理論上相同的耐壓相較於Si,可減低1/300面積的漂移層電阻。
Si為了改善高耐壓化所帶來的導通電阻增大,主要採用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絕緣閘雙極電晶體) 等少數載子元件(雙極元件),存在開關損耗大的問題,其結果由於產生發熱,高頻驅動受到限制。
SiC因為利用高速元件構造之多數載子元件(蕭特基二極體與MOSFET)可實現高耐壓,可同時實現「高耐壓」、「低導通電阻」、「高速」。
而且由於能隙約為Si的3 倍寬,可實現即使高溫下也能動作之功率元件。

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