Bài viết này chủ yếu giới thiệu các lĩnh vực ứng dụng và lịch sử phát triển của điốt silicon carbide, đồng thời giải thích chi tiết về phân loại và cấu trúc của ống MOS silicon carbide. Thành phần duy nhất của silicon và carbon là silicon carbide (SiC), thường được gọi là chất mài mòn. Silicon carbide tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng chất moissanite, nhưng rất hiếm. Tuy nhiên, bột silicon carbide đã được sản xuất với số lượng lớn như một chất mài mòn từ năm 1893. Silicon carbide đã được sử dụng làm chất mài mòn trong hơn một trăm năm, chủ yếu trong đá mài và nhiều ứng dụng mài mòn khác.



“SiC có điện trở cao cho đến khi đạt đến điện áp ngưỡng (VT). Khi đạt đến điện áp ngưỡng, điện trở của nó sẽ giảm đáng kể cho đến khi điện áp đặt vào giảm xuống dưới VT. Các ứng dụng điện sớm nhất của SiC tận dụng đặc tính này là các thiết bị chống sét trong hệ thống phân phối điện (như trong hình).


Vì SiC có điện trở biến đổi, nên thân SiC có thể được nối giữa đường dây cao áp và đất. Nếu đường dây điện bị sét đánh, điện áp nguồn sẽ tăng lên và vượt quá điện áp ngưỡng (VT) của bộ chống sét SiC, do đó dẫn dòng điện sét xuống đất (thay vì đường dây điện), nhờ vậy không gây hại. Tuy nhiên, các bộ chống sét SiC này dẫn quá nhiều dòng điện ở điện áp hoạt động bình thường của đường dây điện. Do đó, các khe phóng điện phải được mắc nối tiếp. Khi điện áp trên đường dây điện tăng lên do sét đánh, khe phóng điện sẽ bị ion hóa và dẫn điện, kết nối hiệu quả bộ chống sét SiC giữa đường dây điện và đất. Sau đó, các nhân viên liên quan phát hiện ra rằng khe phóng điện được sử dụng bởi bộ chống sét không đáng tin cậy. Do hỏng vật liệu, bụi hoặc muối xâm nhập, có thể xảy ra trường hợp khe phóng điện không kích hoạt hồ quang khi cần thiết hoặc không dập tắt được hồ quang sau khi bị sét đánh. Các thiết bị chống sét bằng silicon carbide ban đầu được thiết kế để loại bỏ sự phụ thuộc vào khe hở tia lửa điện, nhưng do độ tin cậy cao, các thiết bị chống sét silicon carbide có khe hở hầu hết đã được thay thế bằng các điện trở biến đổi không khe hở lõi oxit kẽm.

SiC trong điện tử công suất

Có nhiều loại thiết bị bán dẫn được sản xuất từ ​​silicon carbide, bao gồm điốt Schottky (còn gọi là điốt rào cản Schottky hoặc SBD), bóng bán dẫn hiệu ứng trường loại J (hoặc JFET) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch công suất cao. Một số công ty đã bắt đầu thử nghiệm ứng dụng các chip điốt Schottky silicon carbide vào các mô-đun điện tử công suất. Trên thực tế, chất nền silicon đã được sử dụng rộng rãi trong các mô-đun công suất IGBT và các mạch hiệu chỉnh hệ số công suất.

Ưu điểm và nhược điểm của SiC

Một trong những lý do khiến các linh kiện điện tử công suất dựa trên silicon carbide trở nên hấp dẫn là ở cùng một điện áp chặn, mật độ pha tạp của chúng cao hơn gần một trăm lần so với các thiết bị dựa trên silicon. Bằng cách này, có thể đạt được điện áp chặn cao với điện trở bật thấp. Điện trở bật thấp rất quan trọng đối với các ứng dụng công suất cao vì khi điện trở bật giảm, lượng nhiệt sinh ra cũng ít hơn, làm giảm tải nhiệt cho hệ thống và tăng hiệu suất tổng thể.



Tuy nhiên, việc sản xuất các linh kiện điện tử dựa trên silicon carbide vẫn còn một số khó khăn, và việc loại bỏ các khuyết tật đã trở thành vấn đề quan trọng nhất. Những khuyết tật này sẽ dẫn đến tính chất rào cản ngược kém của các linh kiện được làm từ tinh thể SiC. Bên cạnh các vấn đề về chất lượng tinh thể, các vấn đề giao diện giữa silicon dioxide và SiC cũng cản trở sự phát triển của MOSFET công suất dựa trên SiC và các tinh thể lưỡng cực cổng cách điện. May mắn thay, việc sử dụng công nghệ nitriding trong sản xuất có thể làm giảm đáng kể các khuyết tật gây ra các vấn đề giao diện này.

đĩa mài mòn SiC

Silicon carbide vẫn được sử dụng làm chất mài mòn trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Nó chủ yếu được sử dụng làm lớp màng đánh bóng trong ngành công nghiệp điện tử để đánh bóng cả hai đầu sợi quang trước khi nối. Điều này có thể mang lại độ nhẵn cao cho các đầu nối cáp quang, giúp hoạt động hiệu quả. Silicon carbide đã được sản xuất hơn một trăm năm nhưng chỉ mới được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử công suất gần đây. Nhờ các đặc tính vật lý và điện đặc biệt, nó rất hữu ích trong các ứng dụng áp suất cao và nhiệt độ cao.



Hiện nay, điốt silicon carbide được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.



1. Biến tần năng lượng mặt trời.



Điốt cacbua silic là vật liệu cơ bản của điốt năng lượng mặt trời và vượt trội hơn công nghệ điốt lưỡng cực thông thường ở nhiều chỉ số kỹ thuật. Điốt cacbua silic chuyển mạch bật tắt rất nhanh và không có dòng điện phục hồi ngược khi chuyển mạch bằng công nghệ điốt lưỡng cực thông thường. Sau khi loại bỏ hiệu ứng dòng điện phục hồi ngược, điốt cacbua silic giảm tiêu thụ năng lượng đến 70% và có thể duy trì hiệu suất năng lượng cao trong phạm vi nhiệt độ rộng, do đó tăng tính linh hoạt cho các nhà thiết kế trong việc tối ưu hóa tần số hoạt động của hệ thống.



2. Bộ sạc xe điện.



Sau khi vượt qua các bài kiểm tra sản phẩm ô tô, điện áp đánh thủng của điốt silicon carbide đã được tăng lên 650 volt, đáp ứng yêu cầu của các nhà thiết kế và nhà sản xuất ô tô về việc giảm hệ số bù điện áp, từ đó đảm bảo biên độ an toàn đủ giữa điện áp định mức và điện áp đỉnh tức thời của các linh kiện bán dẫn sạc được trên xe. Sản phẩm điốt hai ống tối ưu hóa việc sử dụng không gian và giảm trọng lượng của bộ sạc ô tô.

3. Ưu điểm của nguồn điện chuyển mạch.

Việc sử dụng silicon carbide giúp chuyển mạch rất nhanh, có thể hoạt động ở tần số cao, không có hiện tượng phục hồi và không phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhờ sử dụng các gói RP có độ tự cảm thấp của chúng tôi, các điốt này có thể được sử dụng trong nhiều mạch điốt chuyển mạch nhanh hoặc bộ chuyển đổi tần số cao.



4. Lợi thế công nghiệp.



Điốt silicon carbide: Chủ yếu được sử dụng trong các bộ chuyển đổi nguồn tần số cao trong động cơ hạng nặng và thiết bị công nghiệp, mang lại ưu điểm về hiệu suất cao, công suất cao và tần số cao.

Thiết bị SiC

Thứ nhất. Phân loại các thiết bị SiC.



Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại cacbua silic.



Transistor hiệu ứng trường silicon carbide là những thiết bị được quan tâm nhất trong nghiên cứu về các thiết bị điện tử công suất silicon carbide. Hiện nay, vật liệu silicon đang tiến gần đến giới hạn hiệu năng lý thuyết, và các thiết bị điện tử công suất silicon carbide được coi là "thiết bị lý tưởng" nhờ điện áp chịu đựng cao, tổn hao thấp và hiệu suất cao. Tuy nhiên, so với các thiết bị silicon trước đây, sự cân bằng giữa hiệu năng và chi phí, cùng với nhu cầu về công nghệ cao, sẽ là chìa khóa để thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất silicon carbide.



Thứ hai, cấu trúc của MOS silicon carbide.



Vùng nguồn N+ và transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại được pha tạp N+ bằng phương pháp cấy ion và ủ ở 1700°C. Một quy trình quan trọng khác là sự hình thành oxit cổng bán dẫn oxit kim loại cacbua silic. Vì cả nguyên tử silic và cacbon đều có mặt trong cacbua silic, nên cần một phương pháp rất đặc biệt để tạo ra lớp điện môi cổng. Ưu điểm của cấu trúc rãnh như sau:



Cấu trúc rãnh của các bóng bán dẫn hiệu ứng trường silicon carbide có thể phát huy tối đa các đặc tính của silicon carbide.



Thứ ba, những ưu điểm của MOS silicon carbide.



Nhìn chung, IGBT silicon chỉ có thể hoạt động ở tần số dưới 20kHz. Do những hạn chế về vật liệu, các thiết bị silicon điện áp cao và tần số cao không thể được chế tạo. MOSFET silicon carbide không chỉ phù hợp với dải điện áp rộng từ 600V đến 10kV mà còn có hiệu suất chuyển mạch tuyệt vời của các thiết bị đơn cực. So với IGBT silicon, transistor hiệu ứng trường silicon carbide có tổn hao chuyển mạch thấp hơn và tần số hoạt động cao hơn khi không có dòng điện dư trong mạch chuyển mạch.



Tổn thất của một mô-đun MOSFET silicon carbide 20kHz có thể chỉ bằng một nửa so với mô-đun IGBT silicon 3kHz, và một mô-đun silicon carbide 50A có thể thay thế một mô-đun silicon 150A. Điều này cho thấy những ưu điểm vượt trội của transistor trường hiệu ứng bán dẫn oxit kim loại silicon carbide về tần số hoạt động và hiệu suất.



Thời gian phục hồi ngược trr và điện tích phục hồi ngược Qrr của diode thân ký sinh trong MOSFET silicon carbide rất nhỏ. Như hình vẽ, điện tích ngược của diode ký sinh của MOSFET silicon carbide chỉ bằng 5% điện tích ngược của MOSFET silicon có cùng thông số điện áp. Đối với mạch cầu (đặc biệt khi bộ chuyển đổi LLC hoạt động trên tần số cộng hưởng), chỉ số này rất quan trọng để giảm tổn thất và nhiễu do thời gian chết và phục hồi ngược của diode thân, đồng thời giúp cải thiện tần số chuyển mạch.



Thứ tư, ứng dụng của ống MOS silicon carbide!



Các mô-đun MOSFET silicon carbide có nhiều ưu điểm vượt trội trong các ứng dụng hệ thống công suất trung bình và cao như phát điện quang điện, phát điện gió, xe điện và vận tải đường sắt. Ưu điểm về điện áp cao, tần số cao và hiệu suất cao của các thiết bị silicon carbide có thể vượt qua những hạn chế về hiệu suất thiết bị trong các thiết kế xe điện hiện có, đây là trọng tâm nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực xe điện trong và ngoài nước. Ví dụ, các bộ điều khiển công suất (PCU) trong xe hybrid điện (HEV) và xe điện thuần túy (EV) do Denso và Toyota cùng phát triển sử dụng các mô-đun MOSFET silicon carbide, nhờ đó giảm tỷ lệ thể tích xuống còn 1/5. Hệ thống truyền động động cơ xe điện do Mitsubishi phát triển sử dụng các mô-đun SiCMOSFET để tích hợp mô-đun truyền động vào động cơ, từ đó đạt được mục tiêu tích hợp và thu nhỏ. Dự kiến ​​các mô-đun MOSFET silicon carbide sẽ được sử dụng rộng rãi trong xe điện trong và ngoài nước trong những năm tới.


Công ty TNHH Công nghệ Bán dẫn Vi mạch Vô Tích Guojing là một doanh nghiệp công nghệ cao, sáng tạo, chuyên nghiên cứu, phát triển và công nghiệp hóa các thiết bị điện tử công suất silicon carbide (SiC), thiết bị quang điện tử gallium nitride (GaN) và các mạch tích hợp thông thường. Công ty hoạt động trong lĩnh vực transistor hiệu ứng trường silicon carbide. Thiết kế, sản xuất và kinh doanh các điốt Schottky silicon carbide, rơle quang ghép GaN, mạch tích hợp đơn chip và các chip sản phẩm khác, đồng thời cung cấp dịch vụ hỗ trợ thiết kế giải pháp tổng thể cho các sản phẩm liên quan. Trụ sở chính đặt tại Khu Phát triển Công nghệ cao Vô Tích, tỉnh Giang Tô, và có các trung tâm nghiên cứu và phát triển, trung tâm hỗ trợ dịch vụ bán hàng và văn phòng tại Thâm Quyến và Hồng Kông.



Các thiết bị điện silicon carbide của công ty bao gồm các dòng sản phẩm 650V/2A-100A, 1200V/2A-90A, 1700V/5A-80A và các dòng khác. Sản phẩm đã được sản xuất hàng loạt và hoàn toàn có chất lượng và trình độ cao cấp tương đương với các thương hiệu quốc tế. Công ty đã liên tiếp cho ra mắt các sản phẩm điốt Schottky silicon carbide toàn dòng, toàn điện áp và MOSFET silicon carbide, đã vượt qua các bài kiểm tra độ tin cậy cấp công nghiệp và cấp ô tô, và hiệu suất của chúng đã đạt đến trình độ tiên tiến quốc tế. Chúng được sử dụng trong nguồn điện biến tần năng lượng mặt trời, xe điện năng lượng mới và trạm sạc, lưới điện thông minh, hàn tần số cao, vận tải đường sắt, nguồn điện chuyên dụng điều khiển công nghiệp, quốc phòng và công nghiệp quân sự và các lĩnh vực khác. Nhờ đặc tính chuyển mạch tốc độ cao và điện trở bật thấp, nó có thể thể hiện các đặc tính điện tuyệt vời ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao, giảm đáng kể tổn thất chuyển mạch, làm cho các linh kiện nhỏ hơn, nhẹ hơn và hiệu quả hơn, đồng thời nâng cao độ tin cậy của toàn hệ thống. Phạm vi công suất tối đa của xe điện có thể giảm 10%, trọng lượng toàn bộ xe giảm khoảng 5%, đồng thời đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định trong môi trường nhiệt độ cao của trạm sạc, nơi xe được thiết kế để sử dụng.



Hầu hết các kỹ sư trong đội ngũ nghiên cứu và phát triển cốt lõi của công ty đều có bằng thạc sĩ trở lên, và nhiều tiến sĩ chịu trách nhiệm phát triển dự án. Công ty đã thiết lập một hệ thống tiêu chuẩn hóa cho đổi mới khoa học công nghệ và quản lý sở hữu trí tuệ. Công ty đã tích lũy được nhiều công nghệ cốt lõi trong thiết kế mạch, thiết kế thiết bị và quy trình bán dẫn, thiết kế độ tin cậy, trích xuất mô hình thiết bị, v.v., và sở hữu nhiều bằng sáng chế phát minh độc lập trong và ngoài nước.

"Vũ khí quan trọng nhất của đất nước, bắt đầu từ sự kết tinh, tự hoàn thiện, tự lực và đạt được thành công trường tồn" là mục tiêu chung của Guojing Micro Semiconductor. Chúng tôi cung cấp không gian phát triển tuyệt vời cho nhân viên và cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao cho khách hàng. Chúng tôi chân thành mong muốn một tương lai cùng có lợi với bạn.

Lưu ý: Bài viết này được sao chép từ "Network" và nhằm mục đích bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Nếu có bất kỳ sự vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến