SiC-SiliziumkarbidGerät bezieht sich auf das Gerät aus Siliziumkarbid als Rohmaterial.
Entsprechend den unterschiedlichen Widerstandseigenschaften wird es in leitfähige Siliziumkarbid-Leistungsgeräte und unterteilthalbisoliertes SiliziumkarbidHF-Geräte.
Hauptgeräteformen 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 die 10-fache Durchbruchfeldstärke von Si, kann die Stromdichte und Betriebsfrequenz verbessern, die Spannungskapazität aushalten und den Ein-Aus-Verlust reduzieren, was besser für Hochspannungsanwendungen geeignet ist.
SiC hat die doppelte Geschwindigkeit der Elektronensättigungsdrift im Vergleich zu Si und kann daher bei einer höheren Frequenz betrieben werden.
SiC hat die dreifache Wärmeleitfähigkeit von Si, eine bessere Wärmeableitungsleistung, kann eine hohe Leistungsdichte unterstützen und die Wärmeableitungsanforderungen reduzieren, wodurch das Gerät leichter wird.
Leitfähiges Substrat
Leitfähiges Substrat: Durch Entfernen verschiedener Verunreinigungen im Kristall, insbesondere Verunreinigungen in geringer Tiefe, um den intrinsischen hohen spezifischen Widerstand des Kristalls zu erreichen.
LeitfähigSiliziumkarbid-SubstratSiC-Wafer
Ein leitfähiges Siliziumkarbid-Leistungsgerät entsteht durch das Wachstum einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf dem leitfähigen Substrat. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht wird weiterverarbeitet, einschließlich der Herstellung von Schottky-Dioden, MOSFET, IGBT usw., die hauptsächlich in Elektrofahrzeugen und in der Photovoltaik verwendet werden Stromerzeugung, Schienenverkehr, Rechenzentrum, Lade- und andere Infrastruktur. Die Leistungsvorteile sind wie folgt:
Verbesserte Hochdruckeigenschaften. Die elektrische Durchschlagsfeldstärke von Siliziumkarbid ist mehr als zehnmal so groß wie die von Silizium, wodurch die Hochdruckbeständigkeit von Siliziumkarbid-Geräten deutlich höher ist als die von gleichwertigen Silizium-Geräten.
Bessere Hochtemperatureigenschaften. Siliziumkarbid hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium, wodurch die Wärmeableitung des Geräts einfacher und die Grenzbetriebstemperatur höher ist. Eine hohe Temperaturbeständigkeit kann zu einer deutlichen Steigerung der Leistungsdichte führen und gleichzeitig die Anforderungen an das Kühlsystem reduzieren, sodass das Terminal leichter und miniaturisiert werden kann.
Geringerer Energieverbrauch. ① Siliziumkarbid-Geräte haben einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und einen geringen Einschaltverlust; (2) Der Leckstrom von Siliziumkarbid-Geräten ist deutlich geringer als der von Silizium-Geräten, wodurch der Leistungsverlust reduziert wird; ③ Beim Ausschaltvorgang von Siliziumkarbid-Geräten gibt es kein Stromrücklaufphänomen und der Schaltverlust ist gering, was die Schaltfrequenz praktischer 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 Kristallwiderstand kalibriert wird.
Hochreines halbisolierendes Substratmaterial
Halbisolierte Silizium-Kohlenstoff-basierte HF-Geräte werden außerdem hergestellt, indem eine Galliumnitrid-Epitaxieschicht auf einem halbisolierten Siliziumkarbid-Substrat wachsen gelassen wird, um eine Siliziumnitrid-Epitaxieschicht vorzubereiten, einschließlich HEMT und anderen Galliumnitrid-HF-Geräten, die hauptsächlich in der 5G-Kommunikation, der Fahrzeugkommunikation usw. verwendet werden. Verteidigungsanwendungen, Datenübertragung, Luft- und Raumfahrt.
Die gesättigte Elektronendriftrate von Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-Materialien beträgt das 2,0- bzw. 2,5-fache der von Silizium, sodass die Betriebsfrequenz von Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-Geräten höher ist als die von herkömmlichen Silizium-Geräten. Galliumnitrid-Material weist jedoch den Nachteil einer schlechten Wärmebeständigkeit auf, während Siliziumkarbid eine gute Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist, was die schlechte Wärmebeständigkeit von Galliumnitrid-Geräten ausgleichen kann. Daher verwendet die Industrie halbisoliertes Siliziumkarbid als Substrat Auf dem Siliziumkarbidsubstrat wird eine Gan-Epitaxieschicht aufgewachsen, um HF-Geräte herzustellen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. Juli 2024