배럴 이론을 알아야합니다. 물통에 담을 수있는 물의 양은 가장 짧은 나무 조각에 따라 다릅니다. 조사를하는 사람들에게는 한 점만 있으면 좋습니다. 애플리케이션의 경우 전체 성능을 항상 고려하고 시장에 가장 적합한 성능을 찾아야합니다. 다양한 실리콘 카바이드 특성은 다양한 요구 사항을 충족하는 데 편리합니다. 탄화 규소 특성에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.1.11 실리콘 카바이드 재료 속성Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd. (PAM-하문).

밴드 갭에 따르면반도체 재료1 세대 반도체, 2 세대 반도체, 3 세대 반도체로 나뉩니다. 재료에는 밴드 갭, 밴드 갭 유형, 항복 전계 강도, 전자 이동성, 정공 이동성, 포화 전자 드리프트 속도, 열전도율, 유전 상수, 경도 및 기타 특성이 포함됩니다.

그러나 시장에 필요한 것은 속성이 아닙니다. 시장은 반도체 재료의 성능보다는 인버터와 같이 주파수 성능이 가장 높은 장치가 필요합니다. 그러나 실리콘 카바이드의 특성은 전자 회로 장치의 성능을 실현하는 기초입니다. 수요와 성능 간의 관계를 결합하여 필요한 최종 재료를 얻을 수 있습니다. 실리콘 카바이드 웨이퍼 특성이 여러 장치의 성능에 영향을 미칠 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 마찬가지로 장치의 성능을 실현하려면 여러 재료의 성능에 대한 만족도 필요합니다.

예를 들어, 에너지 밴드의 구조가 직접적인 밴드 갭인 경우, 전자가 열로 변하는 것보다 높은 에너지 수준에서 낮은 에너지 수준으로 전환되어 빛을 방출 할 확률이 더 높아 LED 또는 레이저를 작업 재료로 사용합니다. 높은 열전도율로 동일한 열 발생을 의미하므로 재료는 주변 환경에 열을 빠르게 전달할 수 있습니다.

실리콘 카바이드 특성을 구체적으로 소개하기 위해 장치의 요구 사항 분석부터 시작합니다. 더 많은 장치, 고효율, 우수한 기술 및 비용 절감과 같은 요구 사항을 설명하는 간단한 모델이 있습니다.

1. 더 많은 장치 : 장치가 충분히 작아야 충분한 장치가 있습니다.
2. 고효율 : 기술은 시간 내에 실현 될 수 있습니다.
3. Good technology: the technology can meet the market demands, and there are enough sub-markets. The specific demands of this point is like the four major requirements of the charger: small size, fast charging, low loss, and safety;
4. Cost saving: the cost is low enough, so that profits can support the continuous development of the enterprise.

1. SiC MOSFETs Replace Si IGBTs Baesd on Analysis of Silicon Carbide Properties

Why use SiC MOSFETs to replace Si IGBTs for devices? Reasons will be explained through silicon carbide properties on the simple model as follows.

1.1 Good Technology

For power converters, the frequency requirements and withstand voltage requirements must be met, and the standard to meet is loss. The semiconductor device works in the switching state, that is, it is either on or off. The ideal voltage and current waveforms are shown in the left figure below. Current flows in the on state, the voltage drop is 0, and the current in the off state is zero.

But in fact, there are four kinds of losses as shown below:

* There is leakage current IL when it is turned off, which also produces off-state loss;

* In the process of switching on and off, the voltage and current need a certain amount of time to change, which is the switching time. The voltage and current overlap during the switching process, resulting in switching losses.

* 회로가 켜지면 전압이 0이 아니며 특정 포화 전압 강하 VF가 있습니다. 이때 전력 공식 W = Uit에 따르면 온 상태 손실이 있습니다.

* 이때 컷오프 손실에 해당하는 동일한 스위칭 손실이 차단됩니다.

손실 = 정적 손실 + 스위칭 손실. 정적 손실 = 온 상태 손실 + 오프 상태 손실; 스위칭 손실 / 동적 손실 = 전도 손실 + 컷오프 손실.

일반적으로 오프 상태 손실은 극히 적으므로 고려할 필요가 없습니다. 사용 모드가 고정되어 있기 때문에 온 상태 손실을 결정하는 장치 성능은 포화 전압 강하이며, 스위칭 손실을 결정하는 장치의 실리콘 카바이드 전기적 특성은 스위칭 시간입니다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 스위칭 주파수가 상승하면 켜기 및 끄기 시간이 더 짧아야하며 전체 손실에서 온 상태 손실의 비율도 지속적으로 감소합니다. 스위칭 손실-스위칭 횟수가 증가하여 총 스위칭 시간이 증가합니다. 저전압 조건에서 고주파 작동 성능을 결정하는 것은 전자 이동도이며, 포화 드리프트 속도는 고전압 조건에서 고주파 작동 성능을 결정합니다.

Si MOSFET이 시장에 출시되면 저주파 및 저전압에 대한 시장 수요를 직접 충족합니다. 그러나 Si MOSFET에는 문제가 있습니다. 내전압 성능을 향상 시키려면 그에 따라 칩을 두꺼워 야하므로 온 상태 손실이 높아집니다. 즉, 내전압이 두 배가되고 온 저항이 원래보다 5 ~ 6 배가됩니다. 따라서 고전압 Si MOSFET 온 상태 손실이 매우 커서 고전압 상황에서 MOSFET의 적용을 제한합니다. Si MOSFET의 전압 저항을 향상시키기 위해 Si IGBT 구조 (절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)가 제안 된 이유입니다.

MOSFET과 비교하여 IGBT에는 양극 장치로 변환되는 P 도핑 레이어의 추가 레이어가 있습니다. 컨덕턴스 변조 효과는 저항을 크게 감소시킬 수 있으므로 고전압 IGBT는 여전히 상대적으로 낮은 온 상태 전압 강하를 유지하여 온 상태 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 컨덕턴스 변조 효과에는 양의 측면과 음의 측면이 모두 있습니다. 꺼질 때 소수 캐리어는 자연스럽게 재결합해야하며이 과정에서 외부 전기장이 없어 전류 테일링이 존재합니다. 스위칭 손실은 매우 커서 고주파 애플리케이션에서 IGBT의 애플리케이션을 제한합니다. 일반적으로 작동 주파수는 몇 kHz 수준 일 수 있습니다.

실리콘 카바이드 특성 결정의 도입은 다른 방향에서 MOSFEET의 전압 저항을 향상 시켰습니다. SiC의 항복 필드가 강하기 때문에 높은 내전압에서 칩이 매우 얇아집니다. 항복 전계 강도는 밴드 갭 폭과 관련이 있습니다. 일반적으로 광대역 갭 반도체는 Si보다 견딜 수 있습니다. 또한이 두께는 온 저항을 줄여 IGBT의 큰 스위칭 손실로 인한 결함을 극복합니다.

따라서 실리콘 카바이드 특성은 장치가 더 높은 도핑 농도와 더 얇은 장치를 달성하는 데 도움이 될 수 있으며 높은 내전압 조건에서 상대적으로 낮은 온 저항을 얻을 수 있습니다.

1.2 더 많은 장치

SiC 웨이퍼의 장점은 전도 손실을 줄일뿐만 아니라 전원 스위치의 경우 열과 열 방출에 초점을 맞출 필요가 있습니다. 실리콘 카바이드 열적 특성이 크기 때문에 SiC 웨이퍼 열 분산이 더 쉬워집니다. 이것은 더 얇은 구조와 함께 냉각 구성 요소의 사용을 크게 줄여 장치의 소형화를 촉진합니다. 이로 인해 SiC 웨이퍼 기판은 고전력 애플리케이션에서 우세합니다. 전력이 약간 낮 으면 GaN은 전자 이동도가 높으므로 SiC 또는 Si보다 스위칭 속도가 더 빠를 수 있습니다. 저전력 고주파 애플리케이션에서 GaN은 장점이 있습니다.

1.3 고효율

SiC 기술의 발전으로 SiC MOSFET은 전력이 100kW ~ 10MW이고 작동 주파수가 10kHz ~ 100MHz 인 상황에서 일부 Si IGBT를 대체 할 수 있습니다. 특히 일부 애플리케이션의 경우 충전기 및 전기 구동 시스템, 충전 파일, 광전지 마이크로 인버터, 고속 철도, 스마트 그리드 및 산업용 전원 공급 장치와 같은 높은 에너지 효율성과 공간 크기가 필요합니다.

1.4 비용 절감

비용 절감은 구성 요소의 가격이 아니라 전체 장치의 가격에 따라 달라집니다. SiC 제품의 가격은 Si 제품의 5 ~ 6 배이며 연간 10 % 씩 하락합니다. 업스트림 재료 및 장치의 확장으로 향후 2 ~ 3 년 내에 시장 공급이 증가하고 가격은 더 떨어질 것입니다. 가격이 해당 Si 제품의 2 ~ 3 배에 도달하면 시스템 비용 절감 및 성능 향상에 따른 이점이 실리콘 카바이드 장치를 점차적으로 실리콘 장치 시장을 점유 할 수 있도록 촉진 할 것으로 예상됩니다.

SiC MOSFET이 충족해야하는 여러 지표 :

2. 왜 SiC 웨이퍼를 IGBT로 사용하지 않습니까?

이제 실리콘 카바이드 속성 크리스탈의 MOSFET은 6kV 내전압을 달성 할 수 있으며, 이는 이미 Si IGBT의 전류 내전압 레벨을 커버 할 수 있습니다. MOSFET의 칩 구조는 IGBT보다 간단합니다. 따라서 IGBT를 만들기 위해 실리콘 카바이드를 대규모로 사용할 필요가 없어 비용이 낭비됩니다. 이제 일부 컨버터 스테이션 및 견인 스테이션과 같이 10kV 수준의 고 내압 스위치를 사용하는 경우는 거의 없습니다.

자세한 내용은 다음 주소로 이메일을 보내주십시오. victorchan@powerwaywafer.com 과 powerwaymaterial@gmail.com.