SiC(碳化硅)是什么？主要优势有哪些？如何应用在电动汽车中？

2021-09-15 14:42:54 作者：C-C 4344

1 SiC(碳化硅)是什么

SiC 一般指碳化硅，它是 II-IV 族的二元化合物半导体，其在工艺氧化的过程中，生成的氧化物为 SiO₂，和硅(Si )材料的氧化产物一致，形成了绝缘层，带来了工艺上的便利。

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2 半导体材料发展阶段

第一阶段：20世纪50年代，第一代半导体材料以硅(Si)、锗(Ge) 为代表，用在分立器件和芯片制造等方面，并引发了以集成电路为核心的微电子产业的迅速发展，广泛应用在信息技术、航空航天、国防军工、光伏等领域。

第二阶段：20世纪90年代，化合物半导体材料兴起，主要以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP) 等化合物为代表，半导体材料开始进入光电子领域，用途是制作高速、高频、大功率以及发光电子器件和高性能微波、毫米波器件的优良材料，微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域广泛应用。

第三阶段：本世纪初至现在，宽禁带半导体材料盛行，主要以氮化镓(GaN)碳化、硅(SiC) 等为代表，在禁带宽度、击穿电场强度等关键参数方面具有显著优势，特别是在现代工业对高功率、高电压、高频率具有强烈需求的环境下，主要用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件，半导体照明、航空航天、卫星通信、光通信、电力电子、5G通信等领域得到充分应用。

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3 SiC的优势：

虽然 SiC 材料晶格类型很多，而商业化的只有 4H-SiC和 6H-SiC 两种。目前国内外已经有美国的科锐公司，日本的富士电机，东芝公司生产了直径在 100mmSiC 晶片。由于 4H-SiC 有着比 6H-SiC高50%的载流子迁移率成为 SiC 功率器件的首选使用材料。

1)高温环境：材料的本征载流子密度对温度非常的敏感，对于Si的器件在温度超过300K的时候材料里面的本征载流子会迅速增加，造成器件电学性能的不稳定。在600K以上的环境中Si器件将无法工作。由于Si器件对温度要求较高所以需要一个复杂的封装冷却系统的支持，增加了器件的成本。SiC材料的导热性(4.9w /cm·K)是Si材料(1.5 w/cm·K)的3倍，在封装以及温度方面的要求较低，可以降低成本。所以SiC器件适合于高温环境下开关电路。

2)高压环境：击穿电压是功率器件设计和使用时，必须考虑的重要指标，但是过分强调高击穿电压，就需要增加漂移区的厚度或者减小漂移区的掺杂浓度，以上两种方式都会导致导通电阻过大，从而增加在稳态下的能量损耗。SiC材料的临界击穿电场是Si材料的十倍，所以SiC器件可以在相同的耐压条件下可以降厚度，降为Si的材料的十分之一，或者可以增加掺杂的浓度减小导通电阻降低损耗。

3) 关断速度快，损耗小：在高频电路中，电子电力器件工作中开关损耗也是很大一块能量消耗。SiC宽禁带材料本征载流子的数量较少，并且载流子的寿命很短，关断速度很快，减小了能量损耗。