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第三代半導體材料——碳化硅
文章來源：未知     更新時間：2019-05-27 15:07:14

 半導體材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，第一代硅材料半導體已經(jīng)接近完美晶體，對于硅材料的研究也非常透徹。基于硅材料上器件的設計和開發(fā)也經(jīng)過了許多代的結構和工藝優(yōu)化和更新，正在逐漸接近硅材料的極限，基于硅材料的器件性能提高的潛力愈來愈小。以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體具備優(yōu)異的材料物理特性，為進一步提升電力電子器件的性能提供了更大的空間。



 

1、碳化硅是什么？


SiC是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導體材料。其結合力非常強，在熱、化學、機械方面都非常穩(wěn)定。SiC存在各種多型體（多晶型體），它們的物理特性值各有不同。4H-SiC最適用于功率元器件。下表為Si和近幾年經(jīng)常聽到的半導體材料的比較。



2、碳化硅有什么用？


以SiC為代表的第三代半導體大功率電力電子器件是目前在電力電子領域發(fā)展最快的功率半導體器件之一。碳化硅作為第三代半導體材料的典型代表，也是目前晶體生產(chǎn)技術和器件制造水平最成熟，應用最廣泛的寬禁帶半導體材料之一，目前在已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應用產(chǎn)業(yè)鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應用場合下極為理想的半導體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設備的能耗，因此碳化硅器件也被譽為帶動“新能源革命”的“綠色能源器件”。


1、半導體照明領域


采用碳化硅作為襯底的LED期間亮度更高、能耗更低壽命更長、單位芯片面積更小，在大功率LED方面具有非常大的優(yōu)勢。 

 

2、各類電機系統(tǒng)


在5千伏以上的高壓應用領域，半導體碳化硅功率器件在開關損耗與浪涌電壓上均有應用，最大可減少 92%的開關損耗，半導體碳化硅功率器件功耗降低效果明顯，設備的發(fā)熱量大幅減少，使得設備的冷卻機構進一步簡化，設備體積小型化，大大減少散熱用金屬材料的消耗。


3、新能源汽車及不間斷電源等電力電子領域


新能源汽車產(chǎn)業(yè)要求逆變器(即馬達驅(qū)動)的半導體功率模塊，在處理高強度電流時，具有遠超出普通工業(yè)用途逆變器的可靠性；在大電流功率模塊中，具有更好的散熱性，高效、快速、耐高溫、可靠性高的半導體碳化硅模塊完全符合新能源汽車要求。半導體碳化硅功率模塊小型化的特點可大幅削減新能源汽車的電力損失，使其在200℃高溫下仍能正常工作。更輕、更小的設備重量減少，減少汽車自身重量帶來的能耗。


半導體碳化硅材料除了在新能源汽車節(jié)能中占有重要地位外,在高鐵、太陽能光伏、風能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領域均起到了卓越的節(jié)能環(huán)保作用。


4、讓電子設備體積更小


將筆記本電腦適配器的體積減少80%，將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小。這也是碳化硅半導體令人期待的一個地方。


隨著國家對第三代半導體材料的重視，近年來，我國半導體材料市場發(fā)展迅速。其中以碳化硅為主的材料備受關注。盡管如此，但產(chǎn)業(yè)難題仍待解決，如我國材料的制造工藝和質(zhì)量并未達到世界頂級，材料制造設備依賴于進口嚴重，碳化硅器件方面產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成等，這些問題需逐步解決，方可讓國產(chǎn)半導體材料屹立于世界頂尖行列。
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