什么是SiC半导体？

SiC（碳化硅）是一种由硅和碳制成的化合物半导体，由于其优异的性能在功率器件领域受到关注。

 Si是我们常见的半导体主流材料，但SiC有望成为性能超越Si的下一代半导体材料。

与硅类似，SiC可以形成栅氧化膜(SiO2)和p型层。

因此，可以直接应用在硅中开发的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的结构。

这加速了SiC功率器件的发展，并使其在短时间内实现商业化成为可能。

SiC 半导体的特性和优点

功率半导体的性能由多种物理特性的平衡决定，包括击穿场强、迁移率和导热率。

“Variga 品质因数”是综合评价这些特性的指标，SiC显示出高的数值，约为硅的 500 倍。这意味着SiC非常适合作为功率半导体材料。

SiC半导体的主要特性可概括如下。

• 高击穿场强：可以承受更高的电压，适用于处理高功率的电路。

• 高导热性：可以减少热量产生并延长设备的使用寿命。

• 高迁移率：实现快速开关操作并提高电源转换效率。

这些特性使SiC功率器件相对于传统硅功率器件具有以下优势：

• 高效率：减少功率损耗，显着提高能源效率。

• 小型化：高效率使得冷却装置可以做得更小，使得整个装置变得更小成为可能。

• 高可靠性：即使在高温、高压环境下也能稳定运行，让您构建高可靠的系统。

SiC半导体的应用

传统汽车由发动机提供动力。然而，近年来，随着人们对环境问题的认识不断增强，电动汽车越来越受到人们的关注。因此，SiC半导体备受期待。

使用 SiC 半导体具有以下优点：

• 增加续航里程：更有效地使用电力，增加一次充电可以行驶的距离。

• 缩短充电时间：实现快速充电并显着缩短充电时间。

• 电机的小型化：通过使用SiC半导体，可以实现电机的小型化，有助于整车的轻量化。

SiC半导体安装在各种类型的车辆中，包括电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车。

【扩展到其他领域】

• 能源领域：SiC半导体被用于将太阳能、风能等可再生能源高效传输至电网。 SiC半导体提供稳定的发电电源，有助于提高整个电力系统的效率。

• 信息通信领域：数据中心使用大量服务器来处理海量数据。冷却这些服务器需要大量的能源。通过提高功率转换效率，SiC 半导体减少了冷却所需的能源，有助于数据中心的节能。

SiC半导体的挑战

SiC功率半导体具有比硅更高的性能，但其成本高是一个问题。造成这种情况的主要原因是SiC晶圆价格昂贵且难以保证长期可靠性。

SiC晶圆的制造成本比硅晶圆高，而且含有许多晶体缺陷，因此可靠性较低。在这些晶体缺陷中，堆垛层错被认为是长期使用过程中器件性能劣化的主要原因。

当电流流过堆垛层错时，堆垛层错会扩大，从而增加器件的电阻。这种现象称为双极退化，是缩短 SiC 功率半导体寿命的一个因素。

为了解决这个问题，目前正在努力开发晶体缺陷更少的SiC晶片并改进制造工艺。未来，这些技术创新有望降低SiC功率半导体的成本，使其应用于更广泛的领域。