Dit artikel introduceert voornamelijk de toepassingsgebieden en de ontwikkelingsgeschiedenis van siliciumcarbidediodes en legt in detail de classificatie en structuur van siliciumcarbide MOS-buizen uit. Siliciumcarbide (SiC), beter bekend als amaril, is het enige bestanddeel van silicium en koolstof. Siliciumcarbide komt in de natuur voor als het mineraal moissaniet, maar is zeer zeldzaam. Sinds 1893 wordt siliciumcarbidepoeder echter op grote schaal geproduceerd als schuurmiddel. Siliciumcarbide wordt al meer dan honderd jaar gebruikt als schuurmiddel, voornamelijk in slijpschijven en vele andere toepassingen.



“SiC heeft een hoge weerstand totdat de drempelspanning (VT) is bereikt. Wanneer de drempelspanning is bereikt, neemt de weerstand aanzienlijk af totdat de aangelegde spanning onder de VT zakt. De eerste elektrische toepassingen van SiC die van deze eigenschap gebruik maakten, waren bliksemafleiders in elektriciteitsdistributiesystemen (zie de afbeelding).


Omdat SiC een varistor heeft, kan de SiC-stam tussen hoogspanningsleidingen en aarde worden aangesloten. Als een stroomleiding door de bliksem wordt getroffen, zal de voedingsspanning stijgen en de drempelspanning (VT) van de SiC-afleider overschrijden, waardoor de bliksemstroom naar de aarde wordt geleid (in plaats van naar de stroomleiding) en er geen schade ontstaat. Deze SiC-afleiders geleiden echter te veel stroom bij de normale bedrijfsspanning van de stroomleiding. Daarom moeten de vonkbruggen in serie worden geschakeld. Wanneer de spanning op de stroomleiding stijgt als gevolg van een blikseminslag, zal de vonkbrug ioniseren en elektriciteit geleiden, waardoor de SiC-afleider effectief tussen de stroomleiding en aarde wordt verbonden. Later ontdekten de betrokkenen dat de vonkbrug die door de afleider werd gebruikt, onbetrouwbaar was. Door materiaaldefecten, stof- of zoutindringing kan het voorkomen dat de vonkbrug de boog niet opwekt wanneer dat nodig is, of dat de boog na een blikseminslag niet wordt gedoofd. Siliciumcarbide-afleiders werden oorspronkelijk ontworpen om de afhankelijkheid van vonkopeningen te elimineren, maar vanwege hun betrouwbaarheid zijn siliciumcarbide-afleiders met vonkopening grotendeels vervangen door vonkvrije varistoren met een zinkoxidekern.

SiC in vermogenselektronica

Er bestaan ​​veel soorten halfgeleidercomponenten die van siliciumcarbide worden gemaakt, waaronder Schottky-diodes (ook wel Schottky-barrièrediodes of SBD's genoemd), J-type veldeffecttransistoren (of JFET's) en veldeffecttransistoren die worden gebruikt in hoogvermogen schakeltoepassingen. Sommige bedrijven zijn begonnen met het toepassen van kale siliciumcarbide Schottky-diodechips in vermogenselektronicamodules. Siliciumsubstraten worden zelfs al veelvuldig gebruikt in IGBT-vermogensmodules en vermogensfactorcorrectiecircuits.

Voordelen en nadelen van SiC

Een van de redenen waarom op siliciumcarbide gebaseerde vermogenselektronica zo aantrekkelijk is, is dat hun doteringsdichtheid bij een gegeven blokkeerspanning bijna honderd keer hoger is dan die van op silicium gebaseerde componenten. Op deze manier kan een hoge blokkeerspanning met een lage aanweerstand worden bereikt. Een lage aanweerstand is belangrijk voor toepassingen met een hoog vermogen, omdat een lagere aanweerstand minder warmte genereert, waardoor de thermische belasting van het systeem afneemt en het algehele rendement toeneemt.



Er zijn echter enkele moeilijkheden bij de productie van elektronische componenten op basis van siliciumcarbide, waarbij het elimineren van defecten de belangrijkste kwestie is geworden. Deze defecten leiden tot slechte omgekeerde barrière-eigenschappen van componenten gemaakt van SiC-kristallen. Naast problemen met de kristalkwaliteit belemmeren ook interfaceproblemen tussen siliciumdioxide en SiC de ontwikkeling van SiC-gebaseerde vermogens-MOSFET's en geïsoleerde gate-bipolaire kristallen. Gelukkig kan het gebruik van nitreertechnologie in de productie de defecten die deze interfaceproblemen veroorzaken aanzienlijk verminderen.

SiC-schuurschijf

Siliciumcarbide wordt nog steeds gebruikt als schuurmiddel in veel industriële toepassingen. Het wordt voornamelijk gebruikt als polijstlaag in de elektronica-industrie om beide uiteinden van optische vezels te polijsten vóór het lassen. Dit kan glasvezelconnectoren een zeer glad oppervlak geven voor een efficiënte werking. Siliciumcarbide wordt al meer dan honderd jaar geproduceerd, maar wordt pas sinds kort gebruikt in de vermogenselektronica. Dankzij zijn bijzondere fysische en elektrische eigenschappen is het zeer geschikt voor toepassingen onder hoge druk en bij hoge temperaturen.



Siliciumcarbidediodes worden tegenwoordig in diverse toepassingen gebruikt.



1. Zonne-omvormer.



Siliciumcarbidediodes vormen het basismateriaal voor zonnediodetechnologie en zijn op diverse technische punten superieur aan gewone bipolaire diodes. Siliciumcarbidediodes schakelen zeer snel in en uit en hebben geen omgekeerde herstelstroom bij gebruik van normale bipolaire diodes. Door het elimineren van het effect van de omgekeerde herstelstroom, verminderen siliciumcarbidediodes het energieverbruik met 70% en behouden ze een hoge energie-efficiëntie over een breed temperatuurbereik. Dit vergroot de flexibiliteit voor ontwerpers om de werkfrequentie van het systeem te optimaliseren.



2. Oplader voor elektrische voertuigen.



Na het doorstaan ​​van producttesten voor de automobielindustrie is de doorslagspanning van siliciumcarbidediodes verhoogd tot 650 volt. Dit voldoet aan de eisen van ontwerpers en autofabrikanten om de spanningscompensatiecoëfficiënt te verlagen, waardoor een voldoende veiligheidsmarge wordt gegarandeerd tussen de nominale spanning en de momentane piekspanning van de oplaadbare halfgeleidercomponenten in de auto. Het product met dubbele diode maximaliseert het ruimtegebruik en vermindert het gewicht van de autolader.

3. Voordelen van een schakelende voeding.

De siliciumcarbide schakelaars maken zeer snelle schakelprestaties mogelijk, werken op hoge frequenties en hebben een hersteltijd van nul en zijn temperatuuronafhankelijk. Dankzij onze RP-behuizingen met lage inductantie kunnen deze diodes worden gebruikt in allerlei snel schakelende diodecircuits of hoogfrequentomvormers.



4. Industriële voordelen.



Siliciumcarbidediodes: Deze worden hoofdzakelijk gebruikt in hoogfrequente vermogensomvormers in zware motoren en industriële apparatuur en bieden de voordelen van een hoog rendement, hoog vermogen en hoge frequentie.

SiC-apparaten

Ten eerste: classificatie van SiC-componenten.



Siliciumcarbide metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor.



Siliciumcarbide veldeffecttransistoren zijn de meest onderzochte componenten in het onderzoek naar siliciumcarbide vermogenselektronica. Siliciummaterialen naderen tegenwoordig hun theoretische prestatielimiet en siliciumcarbide vermogenscomponenten worden beschouwd als "ideale componenten" vanwege hun hoge doorslagspanning, lage verliezen en hoge efficiëntie. Vergeleken met eerdere siliciumcomponenten is de balans tussen prestaties en kosten, evenals de behoefte aan geavanceerde technologie, echter cruciaal voor de verdere ontwikkeling van siliciumcarbide vermogenscomponenten.



Ten tweede, de structuur van siliciumcarbide MOS.



Het N+-brongebied en de metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistor worden N+-gedoteerd door ionenimplantatie en gegloeid bij 1700 °C. Een ander belangrijk proces is de vorming van siliciumcarbide-metaaloxide-halfgeleider-poortoxide. Omdat siliciumcarbide zowel silicium- als koolstofatomen bevat, is een zeer specifieke methode voor de groei van het poortdiëlektricum vereist. De voordelen van de groefstructuur zijn als volgt:



De sleufstructuur van siliciumcarbide-veldeffecttransistoren maakt het mogelijk om de eigenschappen van siliciumcarbide volledig te benutten.



Ten derde, de voordelen van siliciumcarbide MOS.



Over het algemeen kunnen silicium IGBT's alleen werken bij frequenties onder de 20 kHz. Vanwege materiaalbeperkingen kunnen siliciumcomponenten voor hoge spanningen en hoge frequenties niet worden gerealiseerd. Siliciumcarbide MOSFET's zijn niet alleen geschikt voor een breed spanningsbereik van 600 V tot 10 kV, maar hebben ook de uitstekende schakelprestaties van unipolaire componenten. In vergelijking met silicium IGBT's hebben siliciumcarbide veldeffecttransistoren lagere schakelverliezen en hogere werkfrequenties wanneer er geen stroomstaart in het schakelcircuit aanwezig is.



Het verlies van een 20 kHz siliciumcarbide MOSFET-module kan de helft zijn van dat van een 3 kHz silicium IGBT-module, en een 50 A siliciumcarbide-module kan een 150 A siliciummodule vervangen. Dit toont de enorme voordelen van siliciumcarbide metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistoren (MOSFET's) op het gebied van werkfrequentie en efficiëntie.



De parasitaire hersteltijd trr en de herstellading Qrr van de bodydiode van een siliciumcarbide-MOSFET zijn zeer klein. Zoals in de afbeelding te zien is, bedraagt ​​de herstellading van de parasitaire diode van een siliciumcarbide-MOSFET slechts 5% van de herstellading van een op silicium gebaseerde MOSFET met dezelfde spanningsspecificatie. Voor brugschakelingen (met name wanneer de LLC-converter boven de resonantiefrequentie werkt) is deze indicator cruciaal om verliezen en ruis als gevolg van dode tijd en herstel van de bodydiode te verminderen en de schakelfrequentie te verbeteren.



Ten vierde, de toepassing van siliciumcarbide MOS-buizen!



Siliciumcarbide MOSFET-modules bieden grote voordelen in toepassingen in systemen met middelhoge en hoge vermogens, zoals zonne-energie, windenergie, elektrische voertuigen en het openbaar vervoer. De voordelen van siliciumcarbide-componenten, zoals hoge spanning, hoge frequentie en een hoog rendement, kunnen de beperkingen van bestaande ontwerpen voor elektrische voertuigen doorbreken. Dit is dan ook een belangrijk onderzoeksgebied binnen de elektrische voertuigensector, zowel nationaal als internationaal. Zo maken de door Denso en Toyota gezamenlijk ontwikkelde vermogensregelunits (PCU's) in hybride elektrische voertuigen (HEV's) en volledig elektrische voertuigen (EV's) gebruik van siliciumcarbide MOSFET-modules, waardoor het volume met een factor 5 wordt gereduceerd. Het door Mitsubishi ontwikkelde motoraandrijfsysteem voor elektrische voertuigen gebruikt SiCMOSFET-modules om de vermogensmodule in de motor te integreren, waarmee integratie en miniaturisatie worden bereikt. Naar verwachting zullen siliciumcarbide MOSFET-modules de komende jaren op grote schaal worden toegepast in elektrische voertuigen, zowel nationaal als internationaal.


Wuxi Guojing Micro Semiconductor Technology Co., Ltd. is een innovatief hightechbedrijf dat zich toelegt op onderzoek, ontwikkeling en industrialisatie van siliciumcarbide (SiC) vermogenscomponenten, galliumnitride (GaN) opto-elektronische componenten en conventionele geïntegreerde schakelingen. Het bedrijf is gespecialiseerd in siliciumcarbide veldeffecttransistoren. Daarnaast ontwerpt, produceert en verkoopt het Schottky-diodes van siliciumcarbide, GaN optocouplerrelais, geïntegreerde schakelingen op één chip en andere productchips. Ook biedt het ondersteunende diensten voor het ontwerpen van totaaloplossingen voor gerelateerde producten. Het hoofdkantoor is gevestigd in de hightech ontwikkelingszone van Wuxi, provincie Jiangsu, en het bedrijf heeft R&D-centra, verkoop- en servicecentra en vestigingen in Shenzhen en Hongkong.



De siliciumcarbide-vermogenscomponenten van het bedrijf omvatten series zoals 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A en andere. De producten zijn in massaproductie en de kwaliteit en het niveau zijn volledig vergelijkbaar met die van internationale merken. Het bedrijf heeft achtereenvolgens Schottky-diodes en MOSFET's van siliciumcarbide met volledige stroom- en spanningsbereik op de markt gebracht. Deze producten hebben betrouwbaarheidstests van industriële en automobielkwaliteit doorstaan ​​en hun prestaties hebben een internationaal topniveau bereikt. Ze worden gebruikt in voedingen voor zonne-energieomvormers, elektrische voertuigen en laadpalen, slimme netwerken, hoogfrequent lassen, spoorvervoer, speciale voedingen voor industriële besturing, defensie en militaire industrie en andere sectoren. Dankzij de snelle schakelsnelheid en lage aanweerstand vertonen de componenten uitstekende elektrische eigenschappen, zelfs bij hoge temperaturen. Dit reduceert schakelverliezen aanzienlijk, maakt componenten kleiner, lichter en efficiënter en verbetert de betrouwbaarheid van het gehele systeem. Het maximale rijbereik van elektrische voertuigen kan met 10% worden verminderd, het gewicht van het gehele voertuig kan met ongeveer 5% worden verlaagd en een veilige en stabiele werking kan worden gegarandeerd in de omgeving met hoge temperaturen van het laadstation waarvoor het is ontworpen.



De meeste ingenieurs in het kernteam voor onderzoek en ontwikkeling van het bedrijf hebben een masterdiploma of hoger, en veel gepromoveerden zijn verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de projecten. Het bedrijf heeft een gestandaardiseerd systeem voor wetenschappelijke en technologische innovatie en intellectueel eigendomsbeheer opgezet. Het heeft een breed scala aan kerntechnologieën opgebouwd op het gebied van circuitontwerp, ontwerp van halfgeleidercomponenten en -processen, betrouwbaarheidsontwerp, extractie van componentmodellen, enzovoort, en beschikt over meerdere internationale en nationale octrooien voor onafhankelijke uitvindingen.

"Het belangrijkste wapen van het land, gebaseerd op kristallisatie, zelfverbetering, zelfredzaamheid en het behalen van een eeuwoud succes" is het gezamenlijke doel van Guojing Micro Semiconductor. Wij bieden onze medewerkers uitstekende ontwikkelingsmogelijkheden en leveren hoogwaardige producten en diensten aan onze klanten. Wij kijken oprecht uit naar een win-winsituatie in de toekomst.

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen van "Network" en ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Mocht er sprake zijn van inbreuk, neem dan contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen