一、第三代半導(dǎo)體介紹:
首先簡單介紹一下第一、二代半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域中,第一代半導(dǎo)體是「硅」(Si),第二代半導(dǎo)體是「砷化鎵」(GaAs),第三代半導(dǎo)體(又稱「寬能隙半導(dǎo)體」,WBG)則是「碳化硅」(SiC)和「氮化鎵」(GaN)。
寬能隙半導(dǎo)體中的「能隙」(Energy Gap),以白話方式說明,便是代表著(一個單位能量的差距),意思就是讓一個半導(dǎo)體「從絕緣到能導(dǎo)電所需要的最低能量」。第一和二代半導(dǎo)體的硅與砷化鎵是屬于低智隙材料,能隙數(shù)值分別為1.12 eV和1.43 eV,第三代(寬能隙)半導(dǎo)體的能隙數(shù)據(jù),SiC和GaN分別達(dá)到3.2eV、3.4eV,因此當(dāng)遇到高溫、高壓、高電流時,跟一、二代比起來,第三代半導(dǎo)體不會輕易從絕緣變成導(dǎo)電狀態(tài),特性會更穩(wěn)定,能源轉(zhuǎn)換也更好。
隨著5G、電動車時代來臨,科技產(chǎn)品對于高頻、高速運(yùn)算、高速充電的需求上升,硅與砷化鎵的溫度、頻率、功率已幾乎達(dá)到極限,難以再提升電量和速度;且一旦操作溫度超過100度時,前兩代產(chǎn)品更容易發(fā)生故障問題,因此無法應(yīng)用在更嚴(yán)苛的環(huán)境;
再加上全球開始重視碳排放問題,因此高能效、低能耗的第三代半導(dǎo)體成為時代下的新寵兒。第三代半導(dǎo)體在高頻狀態(tài)下仍可以維持優(yōu)異的性能和穩(wěn)定度,同時擁有開關(guān)速度快、尺寸小、散熱迅速等特性,當(dāng)芯片面積大幅減少后,也有助于簡化周邊電路設(shè)計,進(jìn)而減少整體模塊或周邊冷卻系統(tǒng)的體積。
二、SiC_MOS特性:
第三代半導(dǎo)體跟一、二代比起來最大差異就在寬能隙的特性,所以商品化的元件特性也都是環(huán)繞此特性,接下來說明一下SiC_MOS在應(yīng)用上需要注意之特性。
SiC_MOS因為寬能隙,所以特別適合高壓產(chǎn)品&高壓應(yīng)用,商品化元件也多在600V以上之應(yīng)用。但也因為寬能隙特性,驅(qū)動所需要的能量較高,一般常見為Vgs驅(qū)動電壓多落在15~20V,比傳統(tǒng)Si MOSFET要高許多。但也因為寬能隙特性,耐壓能力強(qiáng),器件可以做得更小、更薄,也不容易崩潰,且在做得更小、更薄之下,理論SiC MOSFET的相同電壓等級下之導(dǎo)通阻抗,仍會比Si MOSFET低。
另外特別說明SiC_MOS驅(qū)動電壓目前業(yè)界有不同的標(biāo)準(zhǔn),最佳驅(qū)動電壓大約落在15~20V之間,也有個別廠商或產(chǎn)品需要負(fù)電壓來做關(guān)斷,且負(fù)電壓所需規(guī)格也不盡相同,在使用上需特別注意此一特性。
SiC材料因為寬能隙特性,所以單位電壓較高,本體二極管的順向特性Vf比Si MOSFET較大。但是SiC材料電子飄移率高,所以本體二極管的反應(yīng)速度比較快,Trr特性較傳統(tǒng)Si MOSFET好很多,與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復(fù)損耗。另外Si MOSFET器件的等效電容較大,可能限制其開關(guān)頻率在100kHz左右;而SiC MOSFET的工作頻率可以提升到200kHz以上,甚至達(dá)到數(shù)MHz。
三、安森美SiC_MOS系列產(chǎn)品:
安森美半導(dǎo)體,陸續(xù)推出一系列新的碳化硅SiC MOSFET裝置,適用于對于功率密度、能效和可靠性要求極高的相關(guān)應(yīng)用。設(shè)計人員可以用新的SiC裝置取代現(xiàn)有的硅開關(guān)技術(shù),將在電動汽車(EV)車載充電器(OBC)、太陽能逆變器、服務(wù)器電源(PSU)、電信和不斷電供應(yīng)系統(tǒng)(UPS)等不同應(yīng)用中實現(xiàn)顯著的更佳性能。以下列出安森美半導(dǎo)體SiC MOS相關(guān)產(chǎn)品,陸續(xù)有新產(chǎn)品推出,最新資訊可以隨時注意官網(wǎng)信息:
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