Artikel ini terutama memperkenalkan bidang aplikasi dan sejarah pengembangan dioda silikon karbida, dan menjelaskan secara detail klasifikasi dan struktur tabung MOS silikon karbida. Satu-satunya komponen silikon dan karbon adalah silikon karbida (SiC), yang umumnya dikenal sebagai ampelas. Silikon karbida terdapat di alam sebagai mineral moissanit, tetapi sangat langka. Namun, bubuk silikon karbida telah diproduksi dalam jumlah besar sebagai bahan abrasif sejak tahun 1893. Silikon karbida telah digunakan sebagai bahan abrasif selama lebih dari seratus tahun, terutama pada roda gerinda dan banyak aplikasi abrasif lainnya.



“SiC memiliki resistansi tinggi hingga tegangan ambang (VT) tercapai. Ketika tegangan ambang tercapai, resistansinya akan menurun secara signifikan hingga tegangan yang diberikan turun di bawah VT. Aplikasi listrik SiC paling awal yang memanfaatkan sifat ini adalah penangkal petir dalam sistem distribusi daya (ditunjukkan pada gambar).


Karena SiC memiliki varistor, batang SiC dapat dihubungkan antara saluran tegangan tinggi dan tanah. Jika saluran listrik tersambar petir, tegangan suplai daya akan naik dan melebihi tegangan ambang (VT) penangkal petir SiC, sehingga mengarahkan dan menyalurkan arus petir ke tanah (bukan ke saluran listrik), sehingga tidak menimbulkan bahaya. Namun, penangkal petir SiC ini menghantarkan arus yang terlalu besar pada tegangan operasi normal saluran listrik. Oleh karena itu, celah percikan harus dihubungkan secara seri. Ketika tegangan pada saluran listrik naik karena sambaran petir, celah percikan akan terionisasi dan menghantarkan listrik, secara efektif menghubungkan penangkal petir SiC antara saluran listrik dan tanah. Kemudian, personel terkait menemukan bahwa celah percikan yang digunakan oleh penangkal petir tidak dapat diandalkan. Karena kegagalan material, masuknya debu atau garam, mungkin terjadi bahwa celah percikan gagal memicu busur api saat dibutuhkan atau gagal memadamkan busur api setelah sambaran petir. Penangkal percikan api berbahan silikon karbida awalnya dirancang untuk menghilangkan ketergantungan pada celah percikan api, tetapi karena keandalannya, penangkal percikan api silikon karbida dengan celah sebagian besar telah digantikan oleh varistor tanpa celah dengan inti seng oksida.

SiC dalam elektronika daya

Terdapat banyak jenis perangkat semikonduktor yang diproduksi dari silikon karbida, termasuk dioda Schottky (juga disebut dioda penghalang Schottky atau SBD), transistor efek medan tipe J (atau JFET), dan transistor efek medan yang digunakan dalam aplikasi switching daya tinggi. Beberapa perusahaan telah mulai mencoba menerapkan chip telanjang dioda Schottky silikon karbida untuk modul elektronik daya. Bahkan, substrat silikon telah banyak digunakan dalam modul daya IGBT dan sirkuit koreksi faktor daya.

Keuntungan dan Kerugian SiC

Salah satu alasan komponen elektronika daya berbasis silikon karbida begitu menarik adalah karena pada tegangan blokir tertentu, kepadatan dopingnya hampir seratus kali lebih tinggi daripada perangkat berbasis silikon. Dengan cara ini, tegangan blokir tinggi dengan resistansi rendah dapat diperoleh. Resistansi rendah penting untuk aplikasi daya tinggi karena ketika resistansi berkurang, lebih sedikit panas yang dihasilkan, mengurangi beban termal pada sistem dan meningkatkan efisiensi keseluruhan.



Namun, terdapat beberapa kesulitan dalam produksi komponen elektronik berbasis silikon karbida, dan penghilangan cacat telah menjadi isu terpenting. Cacat ini akan mengakibatkan sifat penghalang balik yang buruk pada komponen yang terbuat dari kristal SiC. Selain masalah kualitas kristal, masalah antarmuka antara silikon dioksida dan SiC juga menghambat pengembangan MOSFET daya berbasis SiC dan kristal bipolar gerbang terisolasi. Untungnya, penggunaan teknologi nitridasi dalam produksi dapat sangat mengurangi cacat yang menyebabkan masalah antarmuka ini.

cakram abrasif SiC

Silikon karbida masih digunakan sebagai bahan abrasif dalam banyak aplikasi industri. Dalam industri elektronik, silikon karbida terutama digunakan sebagai lapisan pemoles untuk memoles kedua ujung serat optik sebelum disambung. Hal ini dapat memberikan tingkat kehalusan yang tinggi pada konektor serat optik untuk pengoperasian yang efisien. Silikon karbida telah diproduksi selama lebih dari seratus tahun, tetapi baru-baru ini digunakan dalam industri elektronika daya. Karena sifat fisik dan listriknya yang khusus, silikon karbida sangat berguna dalam aplikasi bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi.



Saat ini, dioda silikon karbida digunakan di berbagai bidang.



1. Inverter surya.



Dioda silikon karbida adalah material dasar dioda tenaga surya dan lebih unggul daripada teknologi dioda bipolar biasa dalam berbagai indikator teknis. Dioda silikon karbida beralih hidup dan mati dengan sangat cepat dan tidak memiliki arus pemulihan balik saat beralih menggunakan teknologi dioda bipolar normal. Setelah menghilangkan efek arus pemulihan balik, dioda silikon karbida mengurangi konsumsi energi hingga 70% dan dapat mempertahankan efisiensi energi yang tinggi pada rentang suhu yang luas, sehingga meningkatkan fleksibilitas perancang untuk mengoptimalkan frekuensi operasi sistem.



2. Pengisi daya kendaraan energi baru.



Setelah melewati pengujian produk otomotif, tegangan tembus dioda silikon karbida telah ditingkatkan menjadi 650 volt, yang dapat memenuhi persyaratan perancang dan produsen mobil untuk mengurangi koefisien kompensasi tegangan, sehingga memastikan margin keamanan yang cukup antara tegangan nominal dan tegangan puncak sesaat dari komponen semikonduktor isi ulang di dalam kendaraan. Produk dioda tabung ganda memaksimalkan pemanfaatan ruang dan mengurangi bobot pengisi daya mobil.

3. Keunggulan catu daya switching.

Penggunaan sakelar silikon karbida sangat cepat, dapat beroperasi pada frekuensi tinggi, dan memiliki sifat pemulihan nol dan tidak bergantung pada suhu. Dengan memanfaatkan kemasan RP induktansi rendah kami, dioda ini dapat digunakan dalam sejumlah rangkaian dioda switching cepat atau konverter frekuensi tinggi.



4. Keunggulan industri.



Dioda silikon karbida: Terutama digunakan dalam konverter daya frekuensi tinggi pada motor tugas berat dan peralatan industri, memberikan keunggulan efisiensi tinggi, daya tinggi, dan frekuensi tinggi.

Perangkat SiC

Pertama. Klasifikasi perangkat SiC.



Transistor efek medan semikonduktor oksida logam silikon karbida.



Transistor efek medan silikon karbida merupakan perangkat yang paling banyak diteliti dalam bidang perangkat elektronika daya silikon karbida. Saat ini, material silikon mendekati batas kinerja teoretis, dan perangkat daya silikon karbida dianggap sebagai "perangkat ideal" karena tegangan tahannya yang tinggi, kerugian yang rendah, dan efisiensi yang tinggi. Namun, dibandingkan dengan perangkat silikon sebelumnya, keseimbangan antara kinerja dan biaya serta kebutuhan akan teknologi tinggi akan menjadi kunci untuk mendorong pengembangan perangkat daya silikon karbida.



Kedua, struktur silikon karbida MOS.



Daerah sumber N+ dan transistor efek medan semikonduktor oksida logam didoping N+ dengan implantasi ion dan dianil pada suhu 1700°C. Proses kunci lainnya adalah pembentukan oksida gerbang semikonduktor oksida logam silikon karbida. Karena atom silikon dan karbon hadir dalam silikon karbida, diperlukan metode yang sangat spesifik untuk menumbuhkan dielektrik gerbang. Keuntungan dari struktur alur adalah sebagai berikut:



Struktur parit pada transistor efek medan silikon karbida dapat memaksimalkan karakteristik silikon karbida.



Ketiga, keunggulan MOS silikon karbida.



Secara umum, IGBT silikon hanya dapat beroperasi pada frekuensi di bawah 20kHz. Karena keterbatasan material, perangkat silikon tegangan tinggi dan frekuensi tinggi tidak dapat direalisasikan. MOSFET silikon karbida tidak hanya cocok untuk rentang tegangan yang luas dari 600V hingga 10kV, tetapi juga memiliki kinerja switching yang sangat baik dari perangkat unipolar. Dibandingkan dengan IGBT silikon, transistor efek medan silikon karbida memiliki kerugian switching yang lebih rendah dan frekuensi operasi yang lebih tinggi ketika tidak ada ekor arus dalam rangkaian switching.



Kerugian pada modul MOSFET silikon karbida 20kHz dapat setengah dari kerugian pada modul IGBT silikon 3kHz, dan modul silikon karbida 50A dapat menggantikan modul silikon 150A. Hal ini menunjukkan keunggulan besar transistor efek medan semikonduktor oksida logam silikon karbida dalam hal frekuensi operasi dan efisiensi.



Waktu pemulihan balik dioda parasitik (trr) dan muatan pemulihan balik (Qrr) pada MOSFET silikon karbida sangat kecil. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, muatan balik dioda parasitik MOSFET silikon karbida hanya 5% dari muatan balik MOSFET berbasis silikon dengan spesifikasi tegangan yang sama. Untuk rangkaian jembatan (terutama ketika konverter LLC beroperasi di atas frekuensi resonansi), indikator ini sangat penting untuk mengurangi kerugian dan kebisingan yang disebabkan oleh waktu mati dan pemulihan balik dioda, serta membantu meningkatkan frekuensi switching.



Keempat, penerapan tabung MOS silikon karbida!



Modul MOSFET silikon karbida memiliki keunggulan besar dalam aplikasi pada sistem daya menengah dan tinggi seperti pembangkit listrik fotovoltaik, pembangkit listrik tenaga angin, kendaraan listrik, dan transportasi kereta api. Keunggulan tegangan tinggi, frekuensi tinggi, dan efisiensi tinggi dari perangkat silikon karbida dapat menembus batasan kinerja perangkat dalam desain kendaraan listrik yang ada, yang menjadi fokus penelitian dan pengembangan di bidang kendaraan listrik di dalam dan luar negeri. Misalnya, unit kontrol daya (PCU) pada kendaraan listrik hibrida (HEV) dan kendaraan listrik murni (EV) yang dikembangkan bersama oleh Denso dan Toyota menggunakan modul MOSFET silikon karbida, sehingga mengurangi rasio volume menjadi 1/5. Sistem penggerak motor EV yang dikembangkan oleh Mitsubishi menggunakan modul SiCMOSFET untuk mengintegrasikan modul penggerak daya ke dalam motor, sehingga mencapai tujuan integrasi dan miniaturisasi. Diharapkan modul MOSFET silikon karbida akan banyak digunakan pada kendaraan listrik di dalam dan luar negeri dalam beberapa tahun mendatang.


Wuxi Guojing Micro Semiconductor Technology Co., Ltd. adalah perusahaan inovatif berteknologi tinggi yang berdedikasi pada penelitian, pengembangan, dan industrialisasi perangkat daya silikon karbida (SiC), perangkat optoelektronik galium nitrida (GaN), dan sirkuit terpadu konvensional. Perusahaan ini berfokus pada transistor efek medan silikon karbida, desain, produksi, dan penjualan dioda Schottky silikon karbida, relai optocoupler GaN, sirkuit terpadu chip tunggal, dan chip produk lainnya, serta menyediakan layanan pendukung untuk desain solusi keseluruhan produk terkait. Kantor pusat berlokasi di Zona Pengembangan Teknologi Tinggi Wuxi, Provinsi Jiangsu, dan memiliki pusat R&D, pusat dukungan layanan penjualan, dan kantor di Shenzhen dan Hong Kong.



Perangkat daya silikon karbida perusahaan mencakup seri 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A, dan lainnya. Produk-produk tersebut telah diproduksi secara massal, dan kualitas serta levelnya sepenuhnya setara dengan merek-merek internasional terkemuka. Perusahaan telah secara berturut-turut meluncurkan dioda Schottky silikon karbida arus penuh dan tegangan penuh serta produk seri MOSFET silikon karbida, dan telah lulus uji keandalan kelas industri dan otomotif, serta kinerjanya telah mencapai tingkat internasional yang canggih. Produk-produk ini digunakan dalam catu daya inverter surya, kendaraan listrik energi baru dan stasiun pengisian daya, jaringan cerdas, pengelasan frekuensi tinggi, transportasi kereta api, catu daya khusus kontrol industri, pertahanan nasional dan industri militer, serta bidang lainnya. Karena karakteristik switching kecepatan tinggi dan resistansi rendahnya, ia dapat menunjukkan karakteristik listrik yang sangat baik bahkan dalam kondisi suhu tinggi, sangat mengurangi kerugian switching, membuat komponen lebih kecil, lebih ringan, dan lebih efisien, serta meningkatkan keandalan seluruh sistem, yang dapat meningkatkan keandalan sistem. Rentang daya maksimum kendaraan listrik dapat dikurangi hingga 10%, berat seluruh kendaraan dapat dikurangi sekitar 5%, dan operasi yang aman dan stabil dapat dicapai di lingkungan suhu tinggi pada stasiun pengisian daya tempat ia dirancang untuk digunakan.



Sebagian besar insinyur dalam tim R&D inti perusahaan memiliki gelar master atau lebih tinggi, dan banyak yang bergelar PhD bertanggung jawab atas pengembangan proyek. Perusahaan telah membangun sistem standar untuk inovasi ilmiah dan teknologi serta manajemen kekayaan intelektual. Perusahaan telah mengumpulkan banyak teknologi inti dalam desain sirkuit, desain perangkat dan proses semikonduktor, desain keandalan, ekstraksi model perangkat, dll., dan memiliki banyak paten penemuan independen internasional dan domestik.

"Menjadi senjata terpenting negara, berawal dari kristalisasi, peningkatan diri, kemandirian, dan meraih kesuksesan selama seabad" adalah tujuan bersama Guojing Micro Semiconductor. Kami menyediakan ruang pengembangan yang sangat baik bagi karyawan kami dan memberikan produk serta layanan berkualitas tinggi kepada pelanggan kami. Kami dengan tulus menantikan masa depan yang saling menguntungkan bersama Anda.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Network" dan mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen