SiC SiliziumkarbidGerät bezieht sich auf das Gerät aus Siliziumkarbid als Rohmaterial.
Nach den unterschiedlichen Widerstandseigenschaften wird es in leitfähige Siliziumkarbid-Leistungsgeräte unterteilt undhalbisoliertes SiliziumkarbidHF-Geräte.
Wichtigste Geräteformen und Anwendungen von Siliziumkarbid
Die Hauptvorteile von SiC gegenüberSi-MaterialienSind:
SiC hat eine Bandlücke, die dreimal so groß ist wie die von Si, was Leckagen reduzieren und die Temperaturtoleranz erhöhen kann.
SiC hat eine zehnmal höhere Durchbruchfeldstärke als Si, kann die Stromdichte, Betriebsfrequenz und Spannungsfestigkeit verbessern und den Ein-/Aus-Verlust verringern und ist daher besser für Hochspannungsanwendungen geeignet.
SiC weist die doppelte Elektronensättigungsdriftgeschwindigkeit von Si auf und kann daher bei einer höheren Frequenz betrieben werden.
SiC hat eine dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit als Si, eine bessere Wärmeableitungsleistung, kann eine hohe Leistungsdichte unterstützen und den Wärmeableitungsbedarf reduzieren, wodurch das Gerät leichter wird.
Leitfähiges Substrat
Leitfähiges Substrat: Durch Entfernen verschiedener Verunreinigungen im Kristall, insbesondere oberflächlicher Verunreinigungen, wird der intrinsische hohe spezifische Widerstand des Kristalls erreicht.
LeitfähigSiliziumkarbidsubstratSiC-Wafer
Leitfähige Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente entstehen durch das Wachstum einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf dem leitfähigen Substrat. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht wird weiterverarbeitet, unter anderem zur Herstellung von Schottky-Dioden, MOSFETs, IGBTs usw., die hauptsächlich in Elektrofahrzeugen, der Photovoltaik-Stromerzeugung, dem Schienenverkehr, Rechenzentren, Ladestationen und anderen Infrastrukturen eingesetzt werden. Die Leistungsvorteile sind wie folgt:
Verbesserte Hochdruckeigenschaften. Die elektrische Durchbruchfeldstärke von Siliziumkarbid ist mehr als zehnmal so hoch wie die von Silizium. Dadurch ist die Hochdruckfestigkeit von Siliziumkarbid-Bauelementen deutlich höher als die von vergleichbaren Silizium-Bauelementen.
Bessere Hochtemperatureigenschaften. Siliziumkarbid hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium, was die Wärmeableitung des Geräts erleichtert und die Betriebsgrenztemperatur erhöht. Hohe Temperaturbeständigkeit kann die Leistungsdichte deutlich erhöhen und gleichzeitig die Anforderungen an das Kühlsystem reduzieren, sodass das Terminal leichter und miniaturisierter sein kann.
Geringerer Energieverbrauch. 1. Siliziumkarbid-Bauelemente weisen einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und einen geringen Einschaltverlust auf. (2) Der Leckstrom von Siliziumkarbid-Bauelementen ist im Vergleich zu Silizium-Bauelementen deutlich geringer, wodurch der Leistungsverlust reduziert wird. 3. Beim Ausschaltvorgang von Siliziumkarbid-Bauelementen tritt kein Stromschwanzphänomen auf und der Schaltverlust ist gering, was die Schaltfrequenz in praktischen Anwendungen erheblich verbessert.
Halbisoliertes SiC-Substrat: N-Dotierung wird verwendet, um den spezifischen Widerstand leitfähiger Produkte genau zu steuern, indem die entsprechende Beziehung zwischen Stickstoffdotierungskonzentration, Wachstumsrate und spezifischem Kristallwiderstand kalibriert wird.
Hochreines, halbisolierendes Substratmaterial
Halbisolierte HF-Geräte auf Silizium-Kohlenstoff-Basis werden außerdem durch das Aufwachsen einer Galliumnitrid-Epitaxieschicht auf einem halbisolierten Siliziumkarbid-Substrat hergestellt, um Siliziumnitrid-Epitaxieplatten vorzubereiten, darunter HEMT und andere HF-Geräte aus Galliumnitrid, die hauptsächlich in der 5G-Kommunikation, der Fahrzeugkommunikation, Verteidigungsanwendungen, Datenübertragung und der Luft- und Raumfahrt verwendet werden.
Die gesättigte Elektronendriftrate von Siliziumkarbid und Galliumnitrid ist 2,0- bzw. 2,5-mal so hoch wie die von Silizium. Daher ist die Betriebsfrequenz von Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-Bauelementen höher als die von herkömmlichen Siliziumbauelementen. Galliumnitrid hat jedoch den Nachteil einer geringen Hitzebeständigkeit, während Siliziumkarbid eine gute Hitzebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist, was die geringe Hitzebeständigkeit von Galliumnitrid-Bauelementen ausgleichen kann. Daher verwendet die Industrie halbisoliertes Siliziumkarbid als Substrat. Auf diesem Siliziumkarbid-Substrat wird zur Herstellung von HF-Bauelementen eine epitaktische Schicht aufgebracht.
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Veröffentlichungszeit: 16. Juli 2024