Artikel ini terutamanya memperkenalkan bidang aplikasi dan sejarah pembangunan diod silikon karbida, dan menerangkan secara terperinci pengelasan dan struktur tiub MOS silikon karbida. Satu-satunya komponen silikon dan karbon ialah silikon karbida (SiC), yang biasanya dikenali sebagai emery. Silikon karbida terdapat dalam alam semula jadi sebagai mineral moissanit, tetapi sangat jarang berlaku. Walau bagaimanapun, serbuk silikon karbida telah dihasilkan dalam kuantiti yang banyak sebagai bahan kasar sejak tahun 1893. Silikon karbida telah digunakan sebagai bahan kasar selama lebih seratus tahun, terutamanya dalam roda pengisaran dan banyak aplikasi kasar yang lain.



“SiC mempunyai rintangan yang tinggi sehingga voltan ambang (VT) dicapai. Apabila voltan ambang dicapai, rintangannya akan berkurangan dengan ketara sehingga voltan yang dikenakan jatuh di bawah VT. Aplikasi elektrik terawal SiC yang memanfaatkan sifat ini ialah penangkap kilat dalam sistem pengagihan kuasa (ditunjukkan dalam rajah).


Oleh kerana SiC mempunyai varistor, batang SiC boleh disambungkan antara talian voltan tinggi dan tanah. Jika talian kuasa disambar kilat, voltan bekalan kuasa akan meningkat dan melebihi voltan ambang (VT) penangkap SiC, sekali gus mengarahkan dan menghantar arus kilat ke tanah (dan bukannya talian kuasa), sekali gus tidak menyebabkan sebarang bahaya. Tetapi penangkap SiC ini mengalirkan terlalu banyak arus pada voltan operasi biasa talian kuasa. Oleh itu, jurang percikan api mesti disambungkan secara siri. Apabila voltan pada talian kuasa meningkat disebabkan oleh sambaran kilat, jurang percikan api akan mengion dan mengalirkan elektrik, dengan berkesan menghubungkan penangkap SiC antara talian kuasa dan tanah. Kemudian, kakitangan yang berkaitan mendapati bahawa jurang percikan api yang digunakan oleh penangkap tidak boleh dipercayai. Disebabkan oleh kegagalan bahan, pencerobohan habuk atau garam, mungkin berlaku jurang percikan api gagal mencetuskan arka apabila diperlukan atau gagal memadamkan arka selepas sambaran kilat. Penangkap silikon karbida pada asalnya direka bentuk untuk menghapuskan pergantungan pada jurang percikan api, tetapi disebabkan oleh kebolehpercayaannya, penangkap silikon karbida berjurang kebanyakannya telah digantikan dengan varistor tanpa jurang teras zink oksida.

SiC dalam elektronik kuasa

Terdapat banyak jenis peranti semikonduktor yang dihasilkan daripada silikon karbida, termasuk diod Schottky (juga dikenali sebagai diod penghalang Schottky atau SBD), transistor kesan medan jenis-J (atau JFET), dan transistor kesan medan yang digunakan dalam aplikasi pensuisan berkuasa tinggi. Sesetengah syarikat telah mula cuba menggunakan cip kosong diod Schottky silikon karbida untuk modul elektronik kuasa. Malah, substrat silikon telah digunakan secara meluas dalam modul kuasa IGBT dan litar pembetulan faktor kuasa.

Kelebihan dan Kekurangan SiC

Salah satu sebab komponen elektronik kuasa berasaskan silikon karbida begitu menarik adalah kerana pada voltan sekatan tertentu, ketumpatan dopingnya hampir seratus kali lebih tinggi daripada peranti berasaskan silikon. Dengan cara ini, voltan sekatan yang tinggi dengan rintangan aktif yang rendah dapat diperoleh. Rintangan aktif yang rendah adalah penting untuk aplikasi berkuasa tinggi kerana apabila rintangan aktif dikurangkan, kurang haba dihasilkan, sekali gus mengurangkan beban haba pada sistem dan meningkatkan kecekapan keseluruhan.



Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kesukaran dalam penghasilan komponen elektronik berasaskan silikon karbida, dan penghapusan kecacatan telah menjadi isu yang paling penting. Kecacatan ini akan mengakibatkan sifat penghalang songsang komponen yang diperbuat daripada kristal SiC yang lemah. Selain isu kualiti kristal, isu antara muka antara silikon dioksida dan SiC juga menghalang pembangunan MOSFET kuasa berasaskan SiC dan kristal bipolar pintu bertebat. Mujurlah, penggunaan teknologi nitriding dalam pengeluaran dapat mengurangkan kecacatan yang menyebabkan masalah antara muka ini dengan ketara.

Cakera kasar SiC

Silikon karbida masih digunakan sebagai bahan kasar dalam banyak aplikasi perindustrian. Ia terutamanya digunakan sebagai filem penggilap dalam industri elektronik untuk menggilap kedua-dua hujung gentian optik sebelum penyambungan. Ini boleh memberikan tahap kelancaran yang tinggi pada penyambung gentian optik untuk operasi yang cekap. Silikon karbida telah dihasilkan selama lebih seratus tahun tetapi hanya baru-baru ini digunakan dalam industri elektronik kuasa. Disebabkan sifat fizikal dan elektriknya yang istimewa, ia sangat berguna dalam aplikasi tekanan tinggi dan suhu tinggi.



Hari ini, diod silikon karbida digunakan dalam pelbagai bidang.



1. Penyongsang solar.



Diod silikon karbida merupakan bahan asas diod kuasa solar dan lebih unggul daripada teknologi diod bipolar biasa dalam pelbagai petunjuk teknikal. Diod silikon karbida bertukar dengan sangat cepat hidup dan mati dan tidak mempunyai arus pemulihan songsang apabila bertukar menggunakan teknologi diod bipolar biasa. Selepas menghapuskan kesan arus pemulihan songsang, diod silikon karbida mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 70% dan boleh mengekalkan kecekapan tenaga yang tinggi dalam julat suhu yang luas, sekali gus meningkatkan fleksibiliti pereka untuk mengoptimumkan frekuensi operasi sistem.



2. Pengecas kenderaan tenaga baharu.



Selepas lulus ujian produk automotif, voltan kerosakan diod silikon karbida telah ditingkatkan kepada 650 volt, yang dapat memenuhi keperluan pereka dan pengeluar kereta untuk mengurangkan pekali pampasan voltan, sekali gus memastikan margin keselamatan yang mencukupi antara voltan nominal dan voltan puncak serta-merta komponen semikonduktor boleh dicas semula atas kapal. Produk diod tiub dwi memaksimumkan penggunaan ruang dan mengurangkan berat pengecas kereta.

3. Kelebihan bekalan kuasa pensuisan.

Penggunaan suis silikon karbida sangat cepat, boleh beroperasi pada frekuensi tinggi dan mempunyai sifat pemulihan sifar dan bebas suhu. Dengan menggunakan pakej RP induktans rendah kami, diod ini boleh digunakan dalam sebarang bilangan litar diod pensuisan pantas atau penukar frekuensi tinggi.



4. Kelebihan perindustrian.



Diod silikon karbida: Terutamanya digunakan dalam penukar kuasa frekuensi tinggi dalam motor tugas berat dan peralatan perindustrian, membawa kelebihan kecekapan tinggi, kuasa tinggi dan frekuensi tinggi.

Peranti SiC

Pertama. Pengelasan peranti SiC.



Transistor kesan medan semikonduktor oksida logam silikon karbida.



Transistor kesan medan silikon karbida merupakan peranti yang paling diberi perhatian dalam penyelidikan peranti elektronik kuasa silikon karbida. Pada masa kini, bahan silikon menghampiri had prestasi teori, dan peranti kuasa silikon karbida dianggap sebagai "peranti ideal" kerana voltan tahan tinggi, kehilangan rendah dan kecekapan yang tinggi. Walau bagaimanapun, berbanding peranti silikon sebelumnya, keseimbangan antara prestasi dan kos serta keperluan untuk teknologi tinggi akan menjadi kunci untuk menggalakkan pembangunan peranti kuasa silikon karbida.



Kedua, struktur MOS silikon karbida.



Kawasan sumber N+ dan transistor kesan medan semikonduktor oksida logam didop N+ melalui implantasi ion dan disepuh pada suhu 1700°C. Satu lagi proses penting ialah pembentukan oksida get semikonduktor oksida logam silikon karbida. Oleh kerana kedua-dua atom silikon dan karbon terdapat dalam silikon karbida, kaedah yang sangat spesifik untuk mengembangkan dielektrik get diperlukan. Kelebihan struktur alur adalah seperti berikut:



Struktur parit transistor kesan medan silikon karbida boleh memainkan peranan sepenuhnya kepada ciri-ciri silikon karbida.



Ketiga, kelebihan MOS silikon karbida.



Secara amnya, IGBT silikon hanya boleh beroperasi pada frekuensi di bawah 20kHz. Disebabkan oleh batasan bahan, peranti silikon voltan tinggi dan frekuensi tinggi tidak dapat direalisasikan. MOSFET silikon karbida bukan sahaja sesuai untuk julat voltan yang luas dari 600V hingga 10kV, tetapi juga mempunyai prestasi pensuisan yang sangat baik untuk peranti unipolar. Berbanding dengan IGBT silikon, transistor kesan medan silikon karbida mempunyai kehilangan pensuisan yang lebih rendah dan frekuensi operasi yang lebih tinggi apabila tiada ekor arus dalam litar pensuisan.



Kehilangan modul MOSFET silikon karbida 20kHz boleh menjadi separuh daripada modul IGBT silikon 3kHz, dan modul silikon karbida 50A boleh menggantikan modul silikon 150A. Ia menunjukkan kelebihan besar transistor kesan medan semikonduktor oksida logam silikon karbida dari segi frekuensi operasi dan kecekapan.



Diod badan parasit masa pemulihan terbalik trr dan cas pemulihan terbalik Qrr bagi MOSFET silikon karbida adalah sangat kecil. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, cas terbalik diod parasit bagi MOSFET silikon karbida hanya 5% daripada cas terbalik MOSFET berasaskan silikon dengan spesifikasi voltan yang sama. Bagi litar jambatan (terutamanya apabila penukar LLC beroperasi di atas frekuensi resonan), penunjuk ini adalah penting untuk mengurangkan kerugian dan hingar yang disebabkan oleh pemulihan terbalik diod badan dan masa mati, dan membantu meningkatkan frekuensi pensuisan.



Keempat, penggunaan tiub MOS silikon karbida!



Modul MOSFET silikon karbida mempunyai kelebihan besar dalam aplikasi dalam sistem kuasa sederhana dan tinggi seperti penjanaan kuasa fotovoltaik, penjanaan kuasa angin, kenderaan elektrik dan transit rel. Kelebihan voltan tinggi, frekuensi tinggi dan kecekapan tinggi peranti silikon karbida dapat mengatasi batasan prestasi peranti dalam reka bentuk kenderaan elektrik sedia ada, yang merupakan tumpuan penyelidikan dan pembangunan dalam bidang kenderaan elektrik di dalam dan luar negara. Contohnya, unit kawalan kuasa (PCU) dalam kenderaan elektrik hibrid (HEV) dan kenderaan elektrik tulen (EV) yang dibangunkan bersama oleh Denso dan Toyota menggunakan modul MOSFET silikon karbida, sekali gus mengurangkan nisbah isipadu kepada 1/5. Sistem pemacu motor EV yang dibangunkan oleh Mitsubishi menggunakan modul SiCMOSFET untuk mengintegrasikan modul pemacu kuasa ke dalam motor, sekali gus mencapai matlamat integrasi dan pengecilan saiz. Dijangkakan modul MOSFET silikon karbida akan digunakan secara meluas dalam kenderaan elektrik di dalam dan luar negara dalam beberapa tahun kebelakangan ini.


Wuxi Guojing Micro Semiconductor Technology Co., Ltd. ialah sebuah perusahaan inovatif berteknologi tinggi yang berdedikasi untuk penyelidikan, pembangunan dan perindustrian peranti kuasa silikon karbida SiC, peranti optoelektronik GaN galium nitrida dan litar bersepadu konvensional. Ia berfungsi pada transistor kesan medan silikon karbida. Reka bentuk, pengeluaran dan penjualan diod Schottky silikon karbida, geganti optocoupler GaN, litar bersepadu cip tunggal dan cip produk lain, dan menyediakan perkhidmatan sokongan untuk reka bentuk penyelesaian keseluruhan produk berkaitan. Ibu pejabat ini terletak di Zon Pembangunan Teknologi Tinggi Wuxi, Wilayah Jiangsu, dan mempunyai pusat R&D, pusat sokongan perkhidmatan jualan dan pejabat di Shenzhen dan Hong Kong.



Peranti kuasa silikon karbida syarikat ini meliputi siri 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A dan siri lain. Produk-produk ini telah dimasukkan ke dalam pengeluaran besar-besaran, dan produk-produk ini setanding sepenuhnya dengan kualiti dan tahap canggih jenama antarabangsa. Ia telah melancarkan produk siri silikon karbida Schottky arus penuh dan voltan penuh serta MOSFET silikon karbida secara berturut-turut, dan telah lulus ujian kebolehpercayaan gred perindustrian dan gred automotif, dan prestasinya telah mencapai tahap lanjutan antarabangsa. Ia digunakan dalam bekalan kuasa penyongsang solar, kenderaan elektrik tenaga baharu dan cerucuk pengecasan, grid pintar, kimpalan frekuensi tinggi, pengangkutan kereta api, bekalan kuasa khas kawalan perindustrian, industri pertahanan negara dan ketenteraan serta bidang lain. Disebabkan oleh pensuisan berkelajuan tinggi dan ciri-ciri rintangan yang rendah, ia boleh mempamerkan ciri-ciri elektrik yang sangat baik walaupun di bawah keadaan suhu tinggi, mengurangkan kehilangan pensuisan dengan ketara, menjadikan komponen lebih kecil, lebih ringan dan lebih cekap, dan meningkatkan kebolehpercayaan keseluruhan sistem, yang boleh meningkatkan kebolehpercayaan sistem. Julat kuasa maksimum kenderaan elektrik boleh dikurangkan sebanyak 10%, berat keseluruhan kenderaan boleh dikurangkan sebanyak kira-kira 5%, dan operasi yang selamat dan stabil boleh dicapai dalam persekitaran suhu tinggi longgokan pengecasan di mana ia direka bentuk untuk digunakan.



Kebanyakan jurutera dalam pasukan R&D teras syarikat mempunyai ijazah sarjana atau lebih tinggi, dan ramai PhD bertanggungjawab untuk pembangunan projek tersebut. Syarikat telah mewujudkan sistem piawai untuk inovasi saintifik dan teknologi serta pengurusan harta intelek. Ia telah mengumpulkan banyak teknologi teras dalam reka bentuk litar, reka bentuk peranti dan proses semikonduktor, reka bentuk kebolehpercayaan, pengekstrakan model peranti, dan sebagainya, dan mempunyai pelbagai paten ciptaan bebas antarabangsa dan domestik.

"Senjata terpenting negara, bermula daripada penghabluran, peningkatan diri, berdikari, dan mencapai kejayaan selama berabad-abad" adalah matlamat bersama Guojing Micro Semiconductor. Kami menyediakan ruang pembangunan yang sangat baik untuk pekerja kami dan menyediakan produk serta perkhidmatan berkualiti tinggi kepada pelanggan kami. Kami benar-benar berharap untuk masa depan yang saling menguntungkan bersama anda.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "Network" dan menyokong perlindungan hak harta intelek. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Nombor telefon syarikat: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li

QQ: 332496225 Pengurus Qiu

Alamat: Bilik 809, Bangunan C, Bangunan Teknologi Zhantao, No. 1079 Minzhi Avenue, Daerah Baharu Longhua, Shenzhen