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“O SiC apresenta alta resistência até que a tensão de limiar (VT) seja atingida. Quando a tensão de limiar é atingida, sua resistência diminui significativamente até que a tensão aplicada caia abaixo de VT. As primeiras aplicações elétricas do SiC que aproveitaram essa propriedade foram os para-raios em sistemas de distribuição de energia (mostrados na figura).
Como o SiC possui um varistor, a haste de SiC pode ser conectada entre linhas de alta tensão e o terra. Se uma linha de energia for atingida por um raio, a tensão da fonte de alimentação aumentará e excederá a tensão limite (VT) do para-raios de SiC, direcionando e conduzindo a corrente do raio para o terra (em vez da linha de energia), evitando danos. No entanto, esses para-raios de SiC conduzem corrente excessiva na tensão normal de operação da linha de energia. Portanto, os centelhadores devem ser conectados em série. Quando a tensão na linha de energia aumenta devido a uma descarga atmosférica, o centelhador se ioniza e conduz eletricidade, conectando efetivamente o para-raios de SiC entre a linha de energia e o terra. Posteriormente, especialistas descobriram que o centelhador usado pelo para-raios era pouco confiável. Devido a falhas de material, entrada de poeira ou sal, o centelhador pode não conseguir iniciar o arco quando necessário ou não conseguir extinguir o arco após uma descarga atmosférica. Os para-raios de carbeto de silício foram originalmente projetados para eliminar a dependência de centelhadores, mas devido à sua confiabilidade, os para-raios de carbeto de silício com centelhador foram em grande parte substituídos por varistores sem centelhador com núcleo de óxido de zinco.
SiC em eletrônica de potência
Existem muitos tipos de dispositivos semicondutores produzidos a partir de carbeto de silício, incluindo diodos Schottky (também chamados de diodos de barreira Schottky ou SBDs), transistores de efeito de campo do tipo J (ou JFETs) e transistores de efeito de campo usados em aplicações de comutação de alta potência. Algumas empresas começaram a tentar aplicar chips de diodo Schottky de carbeto de silício em módulos eletrônicos de potência. De fato, substratos de silício têm sido amplamente utilizados em módulos de potência IGBT e circuitos de correção do fator de potência.
Vantagens e desvantagens do SiC
Um dos motivos pelos quais os componentes eletrônicos de potência baseados em carbeto de silício são tão atraentes é que, para uma dada tensão de bloqueio, sua densidade de dopagem é quase cem vezes maior do que a de dispositivos baseados em silício. Dessa forma, é possível obter uma alta tensão de bloqueio com baixa resistência de condução. A baixa resistência de condução é importante para aplicações de alta potência, pois, ao reduzir a resistência de condução, menos calor é gerado, diminuindo a carga térmica no sistema e aumentando a eficiência geral.
No entanto, existem algumas dificuldades na produção de componentes eletrônicos à base de carbeto de silício, sendo a eliminação de defeitos a questão mais importante. Esses defeitos resultam em propriedades de barreira reversa deficientes em componentes fabricados com cristais de SiC. Além dos problemas de qualidade do cristal, os problemas de interface entre o dióxido de silício e o SiC também dificultam o desenvolvimento de MOSFETs de potência e cristais bipolares de porta isolada (IGBCs) baseados em SiC. Felizmente, o uso da tecnologia de nitretação na produção pode reduzir significativamente os defeitos que causam esses problemas de interface.
Disco abrasivo de SiC
O carbeto de silício ainda é usado como abrasivo em muitas aplicações industriais. É usado principalmente como película de polimento na indústria eletrônica para polir as extremidades das fibras ópticas antes da emenda. Isso proporciona um alto grau de suavidade aos conectores de fibra óptica, garantindo uma operação eficiente. O carbeto de silício é produzido há mais de cem anos, mas só recentemente passou a ser utilizado na indústria de eletrônica de potência. Devido às suas propriedades físicas e elétricas especiais, é muito útil em aplicações de alta pressão e alta temperatura.
Atualmente, os diodos de carbeto de silício são utilizados em diversos campos.
1. Inversor solar.
Os diodos de carbeto de silício são o material básico dos diodos para energia solar e são superiores à tecnologia de diodos bipolares comuns em diversos indicadores técnicos. Os diodos de carbeto de silício ligam e desligam muito rapidamente e não apresentam corrente de recuperação reversa, ao contrário da tecnologia de diodos bipolares convencionais. Ao eliminar o efeito da corrente de recuperação reversa, os diodos de carbeto de silício reduzem o consumo de energia em 70% e podem manter alta eficiência energética em uma ampla faixa de temperatura, aumentando assim a flexibilidade dos projetistas para otimizar a frequência de operação do sistema.
2. Carregador para veículos de nova energia.
Após passar por testes de produtos automotivos, a tensão de ruptura dos diodos de carbeto de silício foi aumentada para 650 volts, atendendo aos requisitos de projetistas e fabricantes de automóveis para reduzir o coeficiente de compensação de tensão. Isso garante uma margem de segurança suficiente entre a tensão nominal e a tensão de pico instantânea dos componentes semicondutores recarregáveis embarcados. O diodo de tubo duplo maximiza o aproveitamento do espaço e reduz o peso do carregador veicular.
3. Vantagens da fonte de alimentação comutada.
O uso de diodos de carbeto de silício permite uma comutação muito rápida, operação em altas frequências e propriedades de recuperação zero e independência da temperatura. Utilizando nossos encapsulamentos RP de baixa indutância, esses diodos podem ser usados em diversos circuitos de diodos de comutação rápida ou conversores de alta frequência.
4. Vantagens industriais.
Diodos de carbeto de silício: Utilizados principalmente em conversores de potência de alta frequência em motores de grande porte e equipamentos industriais, oferecendo as vantagens de alta eficiência, alta potência e alta frequência.
Dispositivos SiC
Primeiro. Classificação de dispositivos de SiC.
Transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de carbeto de silício.
Os transistores de efeito de campo de carbeto de silício são os dispositivos de maior interesse na pesquisa de dispositivos eletrônicos de potência de carbeto de silício. Atualmente, os materiais de silício estão se aproximando do limite teórico de desempenho, e os dispositivos de potência de carbeto de silício são considerados "dispositivos ideais" devido à sua alta tensão suportável, baixas perdas e alta eficiência. No entanto, em comparação com os dispositivos de silício anteriores, o equilíbrio entre desempenho e custo, bem como a necessidade de alta tecnologia, serão fundamentais para impulsionar o desenvolvimento de dispositivos de potência de carbeto de silício.
Em segundo lugar, a estrutura do MOS de carbeto de silício.
A região de fonte N+ e o transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET) são dopados com N+ por implantação iônica e recozidos a 1700 °C. Outro processo fundamental é a formação do óxido de porta metal-óxido-semicondutor (MOSFET) de carbeto de silício. Como o carbeto de silício contém átomos de silício e carbono, é necessário um método muito específico para o crescimento do dielétrico de porta. As vantagens da estrutura de ranhura são as seguintes:
A estrutura em forma de trincheira dos transistores de efeito de campo de carbeto de silício permite explorar ao máximo as características do carbeto de silício.
Terceiro, as vantagens do MOS de carbeto de silício.
De modo geral, os IGBTs de silício só podem operar em frequências abaixo de 20 kHz. Devido às limitações do material, não é possível fabricar dispositivos de silício de alta tensão e alta frequência. Os MOSFETs de carbeto de silício não só são adequados para uma ampla faixa de tensão, de 600 V a 10 kV, como também apresentam o excelente desempenho de comutação dos dispositivos unipolares. Comparados aos IGBTs de silício, os transistores de efeito de campo de carbeto de silício apresentam menores perdas de comutação e frequências de operação mais altas quando não há cauda de corrente no circuito de comutação.
A perda de um módulo MOSFET de carbeto de silício de 20 kHz pode ser metade da de um módulo IGBT de silício de 3 kHz, e um módulo de carbeto de silício de 50 A pode substituir um módulo de silício de 150 A. Isso demonstra as enormes vantagens dos transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor de carbeto de silício em termos de frequência de operação e eficiência.
O tempo de recuperação reversa (trr) e a carga de recuperação reversa (Qrr) do diodo parasita de corpo de um MOSFET de carbeto de silício são muito pequenos. Como mostrado na figura, a carga reversa do diodo parasita de um MOSFET de carbeto de silício é apenas 5% da carga reversa de um MOSFET baseado em silício com a mesma especificação de tensão. Para circuitos em ponte (especialmente quando o conversor LLC opera acima da frequência de ressonância), esse indicador é crucial para reduzir as perdas e o ruído causados pelo tempo morto e pela recuperação reversa do diodo de corpo, além de contribuir para a melhoria da frequência de chaveamento.
Quarto, a aplicação de tubos MOS de carbeto de silício!
Os módulos MOSFET de carbeto de silício apresentam grandes vantagens em aplicações em sistemas de média e alta potência, como geração de energia fotovoltaica, geração de energia eólica, veículos elétricos e transporte ferroviário. As vantagens de alta tensão, alta frequência e alta eficiência dos dispositivos de carbeto de silício podem superar as limitações de desempenho dos dispositivos em projetos de veículos elétricos existentes, o que representa um foco de pesquisa e desenvolvimento na área de veículos elétricos, tanto no Brasil quanto no exterior. Por exemplo, as unidades de controle de potência (PCU) em veículos elétricos híbridos (HEV) e veículos elétricos puros (EV) desenvolvidos em conjunto pela Denso e Toyota utilizam módulos MOSFET de carbeto de silício, reduzindo assim a proporção de volume para 1/5. O sistema de acionamento do motor do veículo elétrico desenvolvido pela Mitsubishi utiliza módulos SiCMOSFET para integrar o módulo de acionamento de potência ao motor, atingindo assim os objetivos de integração e miniaturização. Espera-se que os módulos MOSFET de carbeto de silício sejam amplamente utilizados em veículos elétricos no Brasil e no exterior nos próximos anos.
A Wuxi Guojing Micro Semiconductor Technology Co., Ltd. é uma empresa inovadora de alta tecnologia dedicada à pesquisa, desenvolvimento e industrialização de dispositivos de potência de carbeto de silício (SiC), dispositivos optoeletrônicos de nitreto de gálio (GaN) e circuitos integrados convencionais. Atua principalmente com transistores de efeito de campo de carbeto de silício (SiC). Projeta, produz e comercializa diodos Schottky de carbeto de silício, relés optoacopladores de GaN, circuitos integrados de chip único e outros chips, além de fornecer serviços de suporte para o projeto de soluções completas de produtos relacionados. A sede está localizada na Zona de Desenvolvimento de Alta Tecnologia de Wuxi, província de Jiangsu, e possui centros de P&D, centros de suporte de vendas e escritórios em Shenzhen e Hong Kong.
Os dispositivos de potência de carbeto de silício da empresa abrangem as séries de 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A e outras. Os produtos já estão em produção em massa e são totalmente comparáveis em qualidade e nível às marcas internacionais de ponta. A empresa lançou sucessivamente diodos Schottky de carbeto de silício e MOSFETs de carbeto de silício de corrente e tensão plenas, que passaram por testes de confiabilidade de nível industrial e automotivo, e seu desempenho atingiu o nível avançado internacional. São utilizados em fontes de alimentação para inversores solares, veículos elétricos de nova energia e estações de carregamento, redes inteligentes, soldagem de alta frequência, transporte ferroviário, fontes de alimentação especiais para controle industrial, indústria de defesa nacional e militar, entre outros campos. Devido às suas características de comutação de alta velocidade e baixa resistência de condução, apresentam excelentes características elétricas mesmo em condições de alta temperatura, reduzindo significativamente as perdas de comutação, tornando os componentes menores, mais leves e mais eficientes, e melhorando a confiabilidade de todo o sistema. A autonomia máxima dos veículos elétricos pode ser reduzida em 10%, o peso total do veículo pode ser reduzido em cerca de 5%, e uma operação segura e estável pode ser alcançada no ambiente de alta temperatura do ponto de recarga para o qual foi projetado.
A maioria dos engenheiros da equipe principal de P&D da empresa possui mestrado ou doutorado, e muitos doutores são responsáveis pelo desenvolvimento dos projetos. A empresa estabeleceu um sistema padronizado para inovação científica e tecnológica e gestão de propriedade intelectual. Acumulou diversas tecnologias essenciais em projeto de circuitos, projeto de dispositivos e processos semicondutores, projeto de confiabilidade, extração de modelos de dispositivos, etc., e possui múltiplas patentes de invenção independentes, tanto nacionais quanto internacionais.
"A arma mais importante do país, partindo da cristalização, do aprimoramento, da autossuficiência e da conquista de um sucesso centenário" é o objetivo comum da Guojing Micro Semiconductor. Oferecemos um excelente ambiente de desenvolvimento para nossos funcionários e fornecemos produtos e serviços de alta qualidade aos nossos clientes. Aguardamos ansiosamente um futuro de sucesso mútuo com você.
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