碳化硅用于功率电子元件【碳化硅换热器】

发布时间:2020-12-08 11:22:00

    碳化硅是目前正在研究的半导体,已在快速切换、高温及高电压的应用上,进行前期的大量生产。第一个可用的元件是肖特基二极管、之后是结型场效应管及高速切换的功率MOSFET。目前正在开发双极性晶体管及晶闸管。
    碳化硅元件商品化的主要问题是如何去除缺陷:包括边缘位错、螺旋位错(空心和闭合)、三角形缺陷及基面位错。因此,虽然有许多研究设法要改善特性,但最早期SiC材料的元件,其反向电压阻隔能力不好[。除了晶体品质外,SiC和二氧化硅的界面问题也影响了SiC MOSFET及IGBT的发展。渗氮已大幅改善了界面问题,不过其机制还不清楚。
    2008年已有第一个商品化的JFET,额定1200V,之后是2011年第一个商品化的MOSFET,额定电压1200 V。SiC的开关以及SiC肖特基二极管(SBD)有常见的TO-247及TO-220封装外,许多厂商也开始将SiC裸晶放在功率模组中。
    SiC SBD二极管已用在功因修正电路上,以及IGBT功率模组中。像是国际集成功率电子系统大会(CIPS)等研讨会也会定期报告有关SiC功率元件的技术驱势。
    日本部分新造的大功率交传铁路车辆,以碳化硅取代IGBT用于牵引变流装置(如新干线ALFA-X和E235系),有助进一步减少车辆耗电。
    SiC功率元件的主要挑战有:
    闸极驱动电路:SiC功率元件的闸极驱动电路和硅半导体的电路不同,闸极驱动电路的电压是非对称的(例如+20 V和−5 V)。
    包装:SiC 裸晶的功率密度比硅半导体要高,其温度可以超过硅的上限150 °C。需要用到新的芯片连接技术(例如烧结)才能有效的将热从元件带出,并且确保有可靠的互连烧结 are required to efficiently get the heat out of the devices and ensure a reliable interconnection.