半導體物理與器件 SiC 功率元器件基礎知識(一)

2021-10-12 00:01:01 字數 1498 閱讀 4483

近年來,使用「功率元器件」或「功率半導體」等說法,以大功率低損耗為目的二極體和電晶體等分立(分立半導體)元器件備受矚目。這是因為,為了應對全球共通的 「節能化」和「小型化」課題,需要高效率高效能的功率元器件。

然而,最近經常聽到的「功率元器件」,具體來說是基於什麼定義來分類的呢?恐怕是沒有乙個明確的分類的,但是,可按以高電壓大功率的ac/dc轉換和功率轉換為目的的二極體和mosfet,以及作為電源輸出段的功率模組等來分類等等。

在這裡,分以下二個方面進行闡述:一是以傳統的矽半導體為基礎的「矽(si)功率元器件」,另一是與si半導體相比,損耗更低,高溫環境條件下工作特性優異,有望成為新一代低損耗元件的「碳化矽(sic)功率元器件」。sic半導體已經開始實際應用,並且還應用在對品質可靠性要求很嚴苛的車載裝置上。提起sic,可能在有些人的印象中是使用在大功率的特殊應用上的,但是實際上,它卻是在我們身邊的應用中對節能和小型化貢獻巨大的功率元器件。

關於sic功率元器件,將分以下4部分進行講解:

1. 何謂sic?

• 物理特性與si的比較

• 開發背景

• sic的優點

2. sic-sbd(肖特基勢壘二極體)

• 與si二極體比較

• 採用示例

3. sic-mosfet

• 與各種功率mosfet比較

• 運用事例

4. 全sic模組

• 模組的構成

• 開關損耗

• 運用要點

sic是在熱、化學、機械方面都非常穩定的化合物半導體,對於功率元器件來說的重要引數都非常優異。作為元件,具有優於si半導體的低阻值,可以高速工作,高溫工作,能夠大幅度削減從電力傳輸到實際裝置的各種功率轉換過程中的能量損耗。

sic半導體的功率元器件sic-sbd(肖特基勢壘二極體)和sic-mosfet已於2023年*1量產出貨,sic的mosfet和sbd的「全sic」功率模組也於2023年*1實現量產。此時,第二代元器件也已量產,發展速度很快。 (*1:rohm在日本國內或世界實現首家量產)

最初的章節將面向還沒有熟悉sic的工程師、以sic的物理特性和優點為基礎進行解說。後續,將針對sic-sbd和sic-mosfet,穿插與si元器件的比較對其特性和使用方法的不同等進行解說,並介紹幾個採用事例。

全sic模組是作為電源段被優化的模組,具有很多優點。將在其特徵的基礎上,對其在實際應用中的具體活用要點進行解說。

由於sic功率元器件在節能和小型化方面非常有效,因此,希望在這裡能加深對元器件的了解,以幫助大家更得心應手地使用它。

關鍵要點

• sic功率元器件是能夠降低損耗,並高溫環境的工作特性優異的新一代低損耗元件。

• 雖然是新半導體,但在要求高品質和高可靠性的車載裝置市場已擁有豐碩的實際應用業績。

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