SiC SiliziumkarbidDer Begriff „Gerät“ bezieht sich auf ein Gerät, das aus Siliziumkarbid als Rohmaterial hergestellt ist.
Aufgrund ihrer unterschiedlichen Widerstandseigenschaften wird sie in leitfähige Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente undhalbisolierendes SiliziumkarbidHF-Geräte.
Hauptbauformen und Anwendungen von Siliziumkarbid
Die wichtigsten Vorteile von SiC gegenüberSi-MaterialienSind:
SiC besitzt eine dreimal so große Bandlücke wie Si, wodurch Leckströme reduziert und die Temperaturtoleranz erhöht werden können.
SiC besitzt die 10-fache Durchbruchfeldstärke von Si, kann die Stromdichte, die Betriebsfrequenz und die Spannungsfestigkeit verbessern sowie die Ein- und Ausschaltverluste reduzieren und eignet sich daher besser für Hochspannungsanwendungen.
SiC besitzt die doppelte Elektronensättigungsdriftgeschwindigkeit von Si und kann daher bei höheren Frequenzen betrieben werden.
SiC besitzt die dreifache Wärmeleitfähigkeit von Si, eine bessere Wärmeableitungsleistung, kann eine hohe Leistungsdichte unterstützen und reduziert die Anforderungen an die Wärmeableitung, wodurch das Gerät leichter wird.
Leitfähiges Substrat
Leitfähiges Substrat: Durch Entfernen verschiedener Verunreinigungen im Kristall, insbesondere von Verunreinigungen auf niedrigem Niveau, wird der intrinsisch hohe spezifische Widerstand des Kristalls erreicht.
LeitfähigSiliziumkarbidsubstratSiC-Wafer
Leitfähige Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente werden durch das Aufwachsen einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf einem leitfähigen Substrat hergestellt. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht wird anschließend weiterverarbeitet, beispielsweise zur Produktion von Schottky-Dioden, MOSFETs, IGBTs usw. Sie finden hauptsächlich Anwendung in Elektrofahrzeugen, Photovoltaikanlagen, Schienenverkehr, Rechenzentren, Ladeinfrastruktur und anderen Infrastrukturen. Die Leistungsvorteile sind wie folgt:
Verbesserte Hochdruckeigenschaften. Die Durchschlagsfeldstärke von Siliziumkarbid ist mehr als zehnmal so hoch wie die von Silizium, wodurch die Hochdruckbeständigkeit von Siliziumkarbid-Bauelementen deutlich höher ist als die von vergleichbaren Silizium-Bauelementen.
Verbesserte Hochtemperatureigenschaften. Siliziumkarbid besitzt eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium, wodurch die Wärmeableitung des Bauelements erleichtert und die maximale Betriebstemperatur erhöht wird. Die hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte bei gleichzeitig reduzierten Anforderungen an das Kühlsystem, sodass das Endgerät leichter und kleiner ausfallen kann.
Geringerer Energieverbrauch. 1) Siliziumkarbidbauelemente weisen einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und geringe Einschaltverluste auf; 2) Der Leckstrom von Siliziumkarbidbauelementen ist im Vergleich zu Siliziumbauelementen deutlich reduziert, wodurch die Leistungsverluste verringert werden; 3) Beim Abschalten von Siliziumkarbidbauelementen tritt kein Stromabfall auf, und die Schaltverluste sind gering, was die Schaltfrequenz in praktischen Anwendungen erheblich verbessert.
Halbisolierendes SiC-Substrat: Durch N-Dotierung lässt sich der spezifische Widerstand leitfähiger Produkte präzise steuern, indem die entsprechende Beziehung zwischen Stickstoffdotierungskonzentration, Wachstumsrate und Kristallwiderstand kalibriert wird.
Hochreines, halbisolierendes Substratmaterial
Halbisolierte Silizium-Kohlenstoff-basierte HF-Bauelemente werden weiterhin hergestellt, indem eine Galliumnitrid-Epitaxieschicht auf einem halbisolierenden Siliziumkarbidsubstrat aufgebracht wird, um Siliziumnitrid-Epitaxieschichten zu erhalten. Dazu gehören HEMT und andere Galliumnitrid-HF-Bauelemente, die hauptsächlich in der 5G-Kommunikation, der Fahrzeugkommunikation, Verteidigungsanwendungen, der Datenübertragung und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.
Die Sättigungs-Elektronendriftgeschwindigkeit 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 weist jedoch eine geringe Wärmebeständigkeit auf, während Siliziumkarbid eine gute Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit besitzt. Diese Eigenschaften können die geringe Wärmebeständigkeit von Galliumnitrid-Bauelementen kompensieren. Aus diesem Grund wird in der Industrie halbisolierendes Siliziumkarbid als Substrat verwendet, auf dem eine Galliumnitrid-Epitaxieschicht zur Herstellung von HF-Bauelementen aufgebracht wird.
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Veröffentlichungsdatum: 16. Juli 2024