Du skal kende tøndeteorien: hvor meget vand en spand kan rumme afhænger af det korteste stykke træ. For dem, der forsker, er kun et punkt godt; for applikationer skal den samlede præstation altid overvejes og finde den bedst egnede til markedet. Forskellige siliciumcarbidegenskaber er praktiske til at matche forskellige krav. Mere specifik information om siliciumcarbid-egenskaberne henvises til1.11 SIKKERHEDSMATERIALEEGenskaberpå Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd. (PAM-XIAMEN).

Ifølge bandgabethalvledermaterialerer opdelt i første generation halvledere, anden generation halvledere og tredje generation halvledere. Materialet involverer båndgab, båndgabstype, nedbrydningsfeltstyrke, elektronmobilitet, hulmobilitet, mættet elektrondrivhastighed, varmeledningsevne, dielektrisk konstant, hårdhed og andre egenskaber.

Men hvad markedet har brug for, er ikke egenskaberne. Markedet har virkelig brug for enhederne med den højeste frekvensydelse, som inverteren, snarere end ydelsen af ​​halvledermaterialer. Men egenskaberne i siliciumcarbid er grundlaget for at realisere ydelsen af ​​elektroniske kredsløbsenheder. Du kan kombinere forholdet mellem efterspørgsel og ydeevne for at få det nødvendige nødvendige materiale. Det er værd at bemærke, at egenskaberne for siliciumcarbidskiver kan påvirke ydeevnen for flere enheder; ligeledes kræver realiseringen af ​​en enheds ydeevne også tilfredsheden med ydeevnen for flere materialer.

For eksempel, hvis energibåndets struktur er et direkte båndgab, er sandsynligheden for, at elektroner overgår fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau for at udsende lys større, snarere end at blive til varme, hvilket er mere egnet til lysdioder eller lasere som arbejdsmateriale. Med høj varmeledningsevne, hvilket betyder den samme varmeproduktion, kan materialet hurtigt lede varme til det omgivende miljø.

For specifikt at introducere siliciumcarbidegenskaber starter vi med analysen af ​​enhedens krav. Der er en simpel model til at beskrive kravene: flere enheder, høj effektivitet, god teknologi og omkostningsbesparelse.

1. Flere enheder: enhederne skal være små nok, så der vil være nok enheder;
2. Høj effektivitet: teknologien kan realiseres i tide;
3. God teknologi: teknologien kan imødekomme markedets krav, og der er nok undermarkeder. De specifikke krav til dette punkt er som de fire store krav til opladeren: lille størrelse, hurtig opladning, lavt tab og sikkerhed;
4. Omkostningsbesparelse: Omkostningerne er lave nok, så overskuddet kan understøtte den fortsatte udvikling af virksomheden.

1. SiC MOSFET'er Erstat Si IGBT'er Baesd om analyse af siliciumcarbidegenskaber

Hvorfor bruge SiC MOSFET'er til at erstatte Si IGBT'er til enheder? Årsagerne forklares gennem siliciumcarbid-egenskaber på den enkle model som følger.

1.1 God teknologi

For effektomformere skal frekvenskravene og modstå spændingskravene være opfyldt, og standarden, der skal opfyldes, er tab. Halvlederenheden fungerer i skiftetilstand, det vil sige den er enten tændt eller slukket. Den ideelle spændings- og strømbølgeform er vist i venstre figur nedenfor. Strøm strømmer i tændt tilstand, spændingsfaldet er 0, og strømmen i slukket tilstand er nul.

Men faktisk er der fire slags tab som vist nedenfor:

* Der er lækstrøm IL, når den er slukket, hvilket også producerer tab uden for tilstanden;

* I forbindelse med til- og frakobling har spænding og strøm brug for en vis tid til at ændre sig, hvilket er skiftetiden. Spændingen og strømmen overlapper hinanden under skifteprocessen, hvilket resulterer i skiftetab.

* Når kredsløbet er tændt, er spændingen ikke nul, og der er et vist mætningsspændingsfald VF. I dette øjeblik er der ifølge strømformlen W = Uit et statstab;

* Det samme koblingstab er afskåret på dette tidspunkt svarende til afskæringstab.

Tab = statisk tab + skiftetab. Statisk tab = tab ved tilstand + tab uden for tilstand; skiftetab / dynamisk tab = ledningstab + cut-off-tab.

Generelt er off-state-tabet ekstremt lille, så der er ingen grund til at overveje det. Fordi brugstilstanden er fast, er enhedens ydeevne, der bestemmer tabet i tilstanden, mætningsspændingsfaldet, og de elektriske siliciumcarbidegenskaber i enhederne, der bestemmer skiftetabet, er skiftetiden.

Som vist i figuren nedenfor, når skiftfrekvensen stiger, skal tiden til tænding og slukning være kortere, og andelen af ​​tændt tilstand i det samlede tab er også konstant faldende; skiftetabet - antallet af skiftetider stiger, hvilket får den samlede skiftetid til at stige. Det er elektronmobiliteten, der bestemmer højfrekvent driftsydelse under lavspændingsforhold, og mætningsdrifthastigheden bestemmer højfrekvent driftsydelse under højspændingsforhold.

Når Si MOSFET'er kommer på markedet, imødekommer de direkte markedets efterspørgsel efter lavfrekvent og lavspænding. Der er dog et problem i Si MOSFET: Hvis kapaciteten til modstandsspænding skal forbedres, skal chippen være tykkere i overensstemmelse hermed, hvilket resulterer i højt tilstandstab. Det vil sige, modstandsspændingen fordobles, og modstanden vil være 5 til 6 gange end originalen. Derfor er højspændings-Si MOSFET-tilstandstabet meget stort, hvilket begrænser anvendelsen af ​​MOSFET i højspændingsled. Det er grunden til, at Si IGBT-strukturen (isoleret gate bipolar transistor) foreslås for at forbedre spændingsmodstanden for Si MOSFET.

Sammenlignet med MOSFET har IGBT et ekstra lag af P-dopet lag, der omdannes til en bipolar enhed. Dens konduktansmodulationseffekt kan reducere modstanden signifikant, så højspændings-IGBT kan stadig opretholde et relativt lavt spændingsfald i tilstanden, hvilket derved reducerer statstabet betydeligt. Konduktansmodulationseffekten har imidlertid både positive og negative sider. Når de slukkes, er mindretalsbærere nødt til at rekombinere naturligt, og der er ikke noget eksternt elektrisk felt i denne proces, hvilket fører til eksistensen af ​​nuværende tailing. Skiftetabet er meget stort, hvilket begrænser IGBT's applikationer i højfrekvente applikationer. Generelt kan driftsfrekvensen kun være på et par kHz niveau.

Indførelsen af ​​siliciumcarbidegenskaber krystal har forbedret spændingsmodstanden for MOSFEET'er fra en anden retning. Da nedbrydningsfeltet for SiC er stærkt, vil chippen være meget tynd under den høje modstandsspænding. Fordelingens feltstyrke er relateret til båndgabbredden. Generelt er halvledere med bredbåndsspalte mere modstandsdygtige end Si. Og denne tyndhed reducerer også modstanden og overvinder derved manglen ved store skiftetab i IGBT.

Derfor kan siliciumcarbidegenskaber hjælpe enhederne med at opnå højere dopingkoncentration og tyndere enheder og opnå en relativt lav modstandsdygtighed under betingelse af høj modstandsspænding.

1.2 Flere enheder

Fordelen ved SiC wafer er ikke kun reduceret ledningstab. For strømafbrydere skal vi fokusere på varme og varmeafledning. De termiske egenskaber for siliciumcarbid er store, så SiC wafer-varmeafledning vil være lettere at opnå. Dette reducerer i høj grad brugen af ​​kølekomponenter sammen med en tyndere struktur, der fremmer miniaturiseringen af ​​enheden. Dette får SiC-wafersubstrat til at dominere i applikationer med høj effekt. Når effekten er lidt lavere, har GaN højere elektronmobilitet, så den kan have en højere skiftehastighed end SiC eller Si. I højeffektive højfrekvente applikationer har GaN fordele.

1.3 Høj effektivitet

Med udviklingen af ​​SiC-teknologi kan SiC MOSFET'er erstatte nogle Si IGBT'er i den situation, at effekten er mellem 100kW-10MW og driftsfrekvensen er mellem 10kHz-100MHz. Især til nogle applikationer kræver disse høj energieffektivitet og pladsstørrelse, såsom opladere og elektriske drevsystemer, opladningsbunker, solcelleanlæg, højhastighedsskinne, smarte net og strømforsyninger af industriel kvalitet.

1.4 Omkostningsbesparelse

Omkostningsbesparelse afhænger af prisen på hele enheden, ikke prisen på en komponent. Prisen på SiC-produkter er 5-6 gange prisen på Si-produkterne og falder med en hastighed på 10% om året. Med udvidelsen af ​​opstrøms materialer og enheder vil markedstilgangen stige i de næste 2 til 3 år, og prisen vil falde yderligere. Det anslås, at når prisen når 2 ~ 3 gange af det tilsvarende Si-produkt, vil fordelene ved reduktion af systemomkostninger og forbedring af ydeevnen fremme siliciumcarbidindretninger til gradvist at besætte markedet for siliciumindretninger.

Flere indikatorer, som SiC MOSFET'er skal opfylde:

2. Hvorfor ikke bruge SiC Wafer som IGBT?

Nu kan MOSFET på siliciumcarbid-egenskaber krystal opnå 6 kV modstandsspænding, som allerede kan dække det nuværende modstandsspændingsniveau for Si IGBT. Chipsstrukturen i MOSFET er enklere end IGBT. Der er således ikke behov for at bruge siliciumcarbid i stor skala til at fremstille IGBT, hvilket spilder omkostningerne. Nu er der kun nogle få lejligheder, der bruger højspændingsafbrydere på 10 kV niveau med høj modstand, såsom nogle konverterstationer og trækkraftstationer.

For mere information, kontakt os venligst e-mail på victorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.