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碳化硅寬帶隙的重要性

星星科技指導員 ? 來源:wolfspeed ? 作者:wolfspeed ? 2023-05-24 11:13 ? 次閱讀

什么是帶隙?

在傳導和絕緣方面,材料中有兩種類型的能帶:導帶和價帶。為了使電子導電,它需要足夠的能量來橋接價帶和導帶之間的帶隙。導體材料具有重疊或具有非常小的帶隙的導帶和價帶,而絕緣體具有極寬的間隙。

帶隙是指價帶頂部和導帶底部之間的能量差。另一種表達方式是,帶隙代表電子成功在價帶和導帶之間跳躍所需的能量。由于半導體既可以導電又可以絕緣,因此它們始終具有非零帶隙,介于絕緣體和導體之間。

帶隙代表能量,以eV(電子伏特,能量單位約等于1.602×10?19 J)為單位。SiC的帶隙為3.26 eV,而Si的帶隙為1.12 eV,GaAs(砷化鎵)為1.42 eV。因此,SiC被稱為具有寬帶隙。

寬帶隙的優勢

寬帶隙半導體材料(如SiC)與更傳統的半導體材料(如Si)相比具有許多優勢??紤]帶隙隨著溫度升高而縮小的事實:如果我們從寬帶隙開始,那么溫度升高對功能的影響要小得多。由于SiC具有寬帶隙,因此它可以在更高的溫度下繼續工作,通常高達400°C。

SiC也可以更有效地分配熱量,通常無需風扇和散熱器。當涉及到SiC設計時,系統將更加緊湊,表現出更高的效率,并且需要更小尺寸的磁性元件用于電源應用。這至少部分歸功于SiC寬帶隙直接帶來的好處。

由 SiC 制成的組件比同類產品制成的組件更快、更小、更可靠。SiC 的寬帶隙較寬,便于切換更大的電壓。由寬帶隙半導體(如 SiC)制成的組件也可以在明顯更高的電壓、功率水平和頻率下工作。SiC 組件具有更高的工作速度,使用 SiC 制造的功率組件還可以提高 DC-DC、AC-DC 和 DC-AC 轉換的效率。

寬帶隙廣,用途廣泛

由于SiC比其他半導體材料(如Si或GaAs)具有更寬的帶隙,因此它具有一些關鍵優勢,包括能夠處理更高的電壓和功率,更高的工作溫度,更快的開關,更好的效率和更小的外形尺寸。SiC 組件已被證明是具有挑戰性的應用的理想選擇,例如涉及混合動力和電動汽車、可再生能源、功率因數升壓校正、不間斷電源、石化行業的井下鉆探等。

審核編輯:郭婷

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