Bu makale, esas olarak silisyum karbür diyotların uygulama alanlarını ve gelişim tarihini tanıtmakta ve silisyum karbür MOS tüplerinin sınıflandırılması ve yapısını ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Silisyum ve karbonun tek bileşeni, yaygın olarak zımpara taşı olarak bilinen silisyum karbürdür (SiC). Silisyum karbür doğada moissanit minerali olarak bulunur, ancak çok nadirdir. Bununla birlikte, toz halindeki silisyum karbür, 1893'ten beri aşındırıcı olarak büyük miktarlarda üretilmektedir. Silisyum karbür, yüz yılı aşkın bir süredir, özellikle taşlama disklerinde ve diğer birçok aşındırıcı uygulamada aşındırıcı olarak kullanılmaktadır.



“SiC, eşik gerilimine (VT) ulaşılana kadar yüksek bir dirence sahiptir. Eşik gerilimine ulaşıldığında, uygulanan gerilim VT'nin altına düşene kadar direnci önemli ölçüde azalır. Bu özelliğinden yararlanan SiC'nin en eski elektrik uygulamaları, güç dağıtım sistemlerindeki yıldırım tutucular olmuştur (şekilde gösterilmiştir).”


Silisyum karbür (SiC) bir varistöre sahip olduğundan, SiC gövdesi yüksek gerilim hatları ile toprak arasına bağlanabilir. Bir elektrik hattına yıldırım düşerse, güç kaynağı gerilimi yükselecek ve SiC parafudrunun eşik gerilimini (VT) aşacak, böylece yıldırım akımını (elektrik hattı yerine) toprağa yönlendirecek ve böylece herhangi bir zarara neden olmayacaktır. Ancak bu SiC parafudrları, elektrik hattının normal çalışma geriliminde çok fazla akım iletir. Bu nedenle, kıvılcım aralıkları seri olarak bağlanmalıdır. Yıldırım düşmesi nedeniyle elektrik hattındaki gerilim yükseldiğinde, kıvılcım aralığı iyonlaşacak ve elektrik iletecek, böylece SiC parafudrunu elektrik hattı ile toprak arasına etkili bir şekilde bağlayacaktır. Daha sonra, ilgili personel parafudr tarafından kullanılan kıvılcım aralığının güvenilir olmadığını keşfetti. Malzeme arızası, toz veya tuz girişi nedeniyle, kıvılcım aralığının gerektiğinde arkı tetikleyememesi veya yıldırım düşmesinden sonra arkı söndürememesi söz konusu olabilir. Silisyum karbür parafudurlar başlangıçta kıvılcım aralıklarına olan bağımlılığı ortadan kaldırmak için tasarlanmıştı, ancak güvenilirlikleri nedeniyle, aralıklı silisyum karbür parafudurların yerini çoğunlukla çinko oksit çekirdekli aralıksız varistörler almıştır.

güç elektroniğinde SiC

Silisyum karbürden üretilen birçok yarı iletken cihaz türü vardır; bunlar arasında Schottky diyotlar (Schottky bariyer diyotları veya SBD'ler olarak da adlandırılır), J tipi alan etkili transistörler (veya JFET'ler) ve yüksek güçlü anahtarlama uygulamalarında kullanılan alan etkili transistörler bulunur. Bazı şirketler, silisyum karbür Schottky diyot çıplak çiplerini güç elektroniği modüllerine uygulamaya çalışmaya başlamıştır. Aslında, silikon alt tabakalar IGBT güç modüllerinde ve güç faktörü düzeltme devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

SiC'nin Avantajları ve Dezavantajları

Silisyum karbür tabanlı güç elektroniği bileşenlerinin bu kadar cazip olmasının nedenlerinden biri, belirli bir bloke voltajında, katkılama yoğunluklarının silisyum tabanlı cihazlara göre neredeyse yüz kat daha yüksek olmasıdır. Bu sayede, düşük açık dirençle yüksek bloke voltajı elde edilebilir. Düşük açık direnç, yüksek güç uygulamaları için önemlidir çünkü açık direnç azaldığında daha az ısı üretilir, bu da sistem üzerindeki termal yükü azaltır ve genel verimliliği artırır.



Ancak, silisyum karbür bazlı elektronik bileşenlerin üretiminde bazı zorluklar mevcuttur ve kusurların giderilmesi en önemli sorun haline gelmiştir. Bu kusurlar, SiC kristallerinden yapılan bileşenlerin zayıf ters bariyer özelliklerine yol açacaktır. Kristal kalitesi sorunlarına ek olarak, silisyum dioksit ve SiC arasındaki arayüz sorunları da SiC bazlı güç MOSFET'lerinin ve yalıtımlı geçitli bipolar kristallerin gelişimini engellemektedir. Neyse ki, üretimde nitrürleme teknolojisinin kullanılması, bu arayüz sorunlarına neden olan kusurları büyük ölçüde azaltabilir.

SiC aşındırıcı disk

Silisyum karbür, birçok endüstriyel uygulamada aşındırıcı olarak hala kullanılmaktadır. Özellikle elektronik endüstrisinde, optik fiberlerin her iki ucunu birleştirmeden önce parlatmak için parlatma filmi olarak kullanılır. Bu, verimli çalışma için fiber optik konektörlere yüksek derecede pürüzsüzlük kazandırabilir. Silisyum karbür yüz yılı aşkın süredir üretilmektedir, ancak güç elektroniği endüstrisinde kullanımı yakın zamana kadar başlamamıştır. Özel fiziksel ve elektriksel özellikleri nedeniyle, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık uygulamalarında çok kullanışlıdır.



Günümüzde silisyum karbür diyotlar çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.



1. Güneş enerjisi invertörü.



Silisyum karbür diyotlar, güneş enerjisi diyotlarının temel malzemesidir ve çeşitli teknik göstergelerde sıradan bipolar diyot teknolojisine göre üstünlük gösterir. Silisyum karbür diyotlar çok hızlı açılıp kapanır ve normal bipolar diyot teknolojisiyle yapılan anahtarlamada ters toparlanma akımı oluşmaz. Ters toparlanma akımı etkisinin ortadan kaldırılmasıyla, silisyum karbür diyotlar enerji tüketimini %70 oranında azaltır ve geniş bir sıcaklık aralığında yüksek enerji verimliliğini koruyarak tasarımcıların sistem çalışma frekansını optimize etme esnekliğini artırır.



2. Yeni enerji araç şarj cihazı.



Otomotiv ürün testlerinden geçtikten sonra, silisyum karbür diyotların kırılma gerilimi 650 volta çıkarılmıştır. Bu sayede tasarımcıların ve otomobil üreticilerinin gerilim dengeleme katsayısını azaltma gereksinimleri karşılanmakta ve araç içi şarj edilebilir yarı iletken bileşenlerin nominal gerilimi ile anlık tepe gerilimi arasında yeterli bir güvenlik marjı sağlanmaktadır. Çift tüplü diyot ürünü, alan kullanımını en üst düzeye çıkarırken araç şarj cihazının ağırlığını da azaltmaktadır.

3. Anahtarlamalı güç kaynağının avantajları.

Silisyum karbür diyotlar çok hızlı anahtarlama sağlar, yüksek frekanslarda çalışabilir ve sıfır geri kazanım ve sıcaklıktan bağımsız özelliklere sahiptir. Düşük endüktanslı RP paketlerimizi kullanan bu diyotlar, çok sayıda hızlı anahtarlama diyot devresinde veya yüksek frekanslı dönüştürücüde kullanılabilir.



4. Endüstriyel avantajlar.



Silisyum karbür diyotlar: Ağırlıklı olarak ağır hizmet tipi motorlarda ve endüstriyel ekipmanlarda yüksek frekanslı güç dönüştürücülerinde kullanılır ve yüksek verimlilik, yüksek güç ve yüksek frekans avantajları sunar.

SiC cihazları

Birinci olarak, SiC cihazlarının sınıflandırılması.



Silisyum karbür metal oksit yarı iletken alan etkili transistör.



Silisyum karbür alan etkili transistörler, silisyum karbür güç elektroniği cihazları araştırmalarında en çok ilgi gören cihazlardır. Günümüzde silisyum malzemeler teorik performans sınırına yaklaşmakta olup, silisyum karbür güç cihazları yüksek dayanım gerilimi, düşük kayıp ve yüksek verimlilikleri nedeniyle "ideal cihazlar" olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, önceki silisyum cihazlarla karşılaştırıldığında, performans ve maliyet arasındaki denge ve yüksek teknoloji ihtiyacı, silisyum karbür güç cihazlarının gelişimini hızlandırmanın anahtarı olacaktır.



İkinci olarak, silisyum karbür MOS'un yapısı.



N+ kaynak bölgesi ve metal oksit yarı iletken alan etkili transistör, iyon implantasyonu ile N+ katkılıdır ve 1700°C'de tavlanmıştır. Bir diğer önemli işlem ise silisyum karbür metal oksit yarı iletken kapı oksitinin oluşturulmasıdır. Silisyum karbürde hem silisyum hem de karbon atomları bulunduğundan, kapı dielektriğinin büyütülmesi için çok özel bir yöntem gereklidir. Oluklu yapının avantajları şunlardır:



Silisyum karbür alan etkili transistörlerin hendek yapısı, silisyum karbürün özelliklerinin tam olarak ortaya çıkmasını sağlar.



Üçüncüsü, silisyum karbür MOS'un avantajları.



Genel olarak, silikon IGBT'ler yalnızca 20 kHz'in altındaki frekanslarda çalışabilir. Malzeme sınırlamaları nedeniyle, yüksek voltajlı ve yüksek frekanslı silikon cihazlar gerçekleştirilemez. Silisyum karbür MOSFET'ler yalnızca 600 V ile 10 kV arasında geniş bir voltaj aralığı için uygun olmakla kalmaz, aynı zamanda tek kutuplu cihazların mükemmel anahtarlama performansına da sahiptir. Silikon IGBT'lerle karşılaştırıldığında, silisyum karbür alan etkili transistörler, anahtarlama devresinde akım kuyruğu olmadığında daha düşük anahtarlama kayıplarına ve daha yüksek çalışma frekanslarına sahiptir.



20 kHz'lik bir silisyum karbür MOSFET modülünün kaybı, 3 kHz'lik bir silisyum IGBT modülünün kaybının yarısı kadar olabilir ve 50A'lik bir silisyum karbür modülü, 150A'lik bir silisyum modülünün yerini alabilir. Bu, silisyum karbür metal oksit yarı iletken alan etkili transistörlerin çalışma frekansı ve verimlilik açısından büyük avantajlarını göstermektedir.



Silisyum karbür MOSFET'lerin parazitik gövde diyotunun ters toparlanma süresi trr ve ters toparlanma yükü Qrr çok küçüktür. Şekilde gösterildiği gibi, silisyum karbür MOSFET'in parazitik diyotunun ters yükü, aynı voltaj spesifikasyonuna sahip silisyum tabanlı bir MOSFET'in ters yükünün yalnızca %5'idir. Köprü devreleri için (özellikle LLC dönüştürücüsü rezonans frekansının üzerinde çalıştığında), bu gösterge, ölü zaman ve gövde diyotunun ters toparlanmasından kaynaklanan kayıpları ve gürültüyü azaltmak ve anahtarlama frekansını iyileştirmeye yardımcı olmak açısından kritiktir.



Dördüncüsü, silisyum karbür MOS tüplerinin uygulaması!



Silisyum karbür MOSFET modülleri, fotovoltaik enerji üretimi, rüzgar enerjisi üretimi, elektrikli araçlar ve raylı ulaşım gibi orta ve yüksek güç sistemlerindeki uygulamalarda büyük avantajlara sahiptir. Silisyum karbür cihazlarının yüksek voltaj, yüksek frekans ve yüksek verimlilik avantajları, mevcut elektrikli araç tasarımlarındaki cihaz performansının sınırlamalarını aşabilir; bu da yurt içi ve yurt dışındaki elektrikli araç alanındaki araştırma ve geliştirmenin odak noktasıdır. Örneğin, Denso ve Toyota tarafından ortaklaşa geliştirilen hibrit elektrikli araçlarda (HEV) ve tamamen elektrikli araçlarda (EV) güç kontrol üniteleri (PCU) silisyum karbür MOSFET modülleri kullanır ve böylece hacim oranını 1/5 oranında azaltır. Mitsubishi tarafından geliştirilen EV motor tahrik sistemi, güç tahrik modülünü motora entegre etmek için SiCMOSFET modülleri kullanır ve böylece entegrasyon ve minyatürleştirme hedeflerine ulaşır. Silisyum karbür MOSFET modüllerinin önümüzdeki yıllarda yurt içi ve yurt dışındaki elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılacağı beklenmektedir.


Wuxi Guojing Mikro Yarı İletken Teknolojisi A.Ş., silisyum karbür (SiC) güç cihazları, galyum nitrür (GaN) optoelektronik cihazlar ve geleneksel entegre devrelerin araştırma, geliştirme ve sanayileştirilmesine adanmış yüksek teknolojili yenilikçi bir kuruluştur. Silisyum karbür alan etkili transistörler üzerinde çalışmaktadır. Silisyum karbür Schottky diyotları, GaN optokuplör röleleri, tek çipli entegre devreler ve diğer ürün çiplerinin tasarımını, üretimini ve satışını yapmakta ve ilgili ürünlerin genel çözüm tasarımına yönelik destek hizmetleri sunmaktadır. Genel merkezi Jiangsu Eyaleti, Wuxi Yüksek Teknoloji Geliştirme Bölgesi'nde yer almakta olup, Shenzhen ve Hong Kong'da Ar-Ge merkezleri, satış servis destek merkezleri ve ofisleri bulunmaktadır.



Şirketin silisyum karbür güç cihazları 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A ve diğer serileri kapsamaktadır. Ürünler seri üretime alınmış olup, uluslararası markaların gelişmiş kalite ve seviyesiyle tamamen karşılaştırılabilir niteliktedir. Tam akım ve tam voltajlı silisyum karbür Schottky diyotlar ve silisyum karbür MOSFET serisi ürünleri piyasaya sürülmüş, endüstriyel ve otomotiv sınıfı güvenilirlik testlerinden geçmiş ve performansı uluslararası ileri seviyeye ulaşmıştır. Güneş enerjisi invertör güç kaynaklarında, yeni enerji elektrikli araçlarda ve şarj istasyonlarında, akıllı şebekelerde, yüksek frekanslı kaynakta, demiryolu taşımacılığında, endüstriyel kontrol özel güç kaynaklarında, ulusal savunma ve askeri sanayide ve diğer alanlarda kullanılmaktadır. Yüksek hızlı anahtarlama ve düşük açık direnç özellikleri sayesinde, yüksek sıcaklık koşullarında bile mükemmel elektriksel özellikler sergileyebilir, anahtarlama kayıplarını büyük ölçüde azaltır, bileşenleri daha küçük, daha hafif ve daha verimli hale getirir ve tüm sistemin güvenilirliğini artırarak sistem güvenilirliğini iyileştirebilir. Elektrikli araçların maksimum güç aralığı %10 oranında azaltılabilir, aracın toplam ağırlığı yaklaşık %5 oranında azaltılabilir ve kullanım amacına uygun olarak tasarlanan şarj istasyonunun yüksek sıcaklık ortamında güvenli ve istikrarlı bir çalışma sağlanabilir.



Şirketin temel Ar-Ge ekibindeki mühendislerin çoğu yüksek lisans veya üzeri bir dereceye sahip olup, projelerin geliştirilmesinden sorumlu birçok doktora sahibi de bulunmaktadır. Şirket, bilimsel ve teknolojik yenilik ve fikri mülkiyet yönetimi için standartlaştırılmış bir sistem kurmuştur. Devre tasarımı, yarı iletken cihaz ve süreç tasarımı, güvenilirlik tasarımı, cihaz modeli çıkarımı vb. alanlarda birçok temel teknoloji biriktirmiş olup, çok sayıda uluslararası ve yerel bağımsız buluş patentine sahiptir.

"Ülkenin en önemli silahı, kristalleşmeden başlayarak, kendini geliştirme, özgüven ve yüzyıllık başarıya ulaşmaktır" Guojing Mikro Yarı İletken'in ortak hedefidir. Çalışanlarımız için mükemmel bir gelişim ortamı sağlıyor ve müşterilerimize yüksek kaliteli ürün ve hizmetler sunuyoruz. Sizlerle kazan-kazan bir gelecek için içtenlikle umutluyuz.

Yasal Uyarı: Bu makale "Network"ten alınmıştır ve fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemektedir. Herhangi bir telif hakkı ihlali söz konusuysa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809