目前，碳化硅（SiC）這種半導(dǎo)體材料因其在電力電子應(yīng)用中的出色表現(xiàn)引起了廣泛的關(guān)注。對晶圓和器件的研究在近年來已經(jīng)取得很大進(jìn)展。如今，各供應(yīng)商已可批量生產(chǎn)電壓等級高達(dá)1.2 kV的二極管和晶體管，部分技術(shù)改進(jìn)正在進(jìn)行當(dāng)中。目前還沒有大型的高壓碳化硅器件，但預(yù)計(jì)未來將會很快推出。雖然大家都在為碳化硅器件帶來的機(jī)遇而激動，但這些器件在裝配、互聯(lián)和封裝技術(shù)上還面臨著一些新的難題。創(chuàng)新的封裝方案不可或缺！

碳化硅器件的優(yōu)點(diǎn)是什么？

碳化硅是一種寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體材料。禁帶通常是指價帶和導(dǎo)帶之間的電子伏（eV）能差。價電子和原子結(jié)合形成傳導(dǎo)電子需要這種能量，而這種傳導(dǎo)電子可在晶格中自由移動，并可作為電荷載子導(dǎo)電。絕緣體擁有極高的禁帶寬度，通常要高于4eV。

碳化硅的禁帶寬度是硅材料的3倍，擊穿電場的大小則是后者的10倍。這意味著，在相同的閉塞電壓下，碳化硅器件的漂移區(qū)域間隔可以減少至硅器件的十分之一。此外，就漂移區(qū)域的摻雜濃度而言，碳化硅器件比硅器件高100倍。大部分高阻塞電壓功率器件的導(dǎo)通電阻都是漂移區(qū)電阻。因此，在相同的閉塞電壓下，碳化硅器件的導(dǎo)通電阻（RDSon）是硅功率器件的千分之一。

碳化硅的電子漂移速度是硅材料的兩倍左右。此外，在相同的閉塞電壓下，碳化硅器件的漂移距離比硅器件要短。所有這些特性都表明，與硅器件相比，碳化硅器件可在更高的開關(guān)頻率下工作。

最后，碳化硅的熱導(dǎo)率是硅材料的三倍左右。此外，碳化硅的半導(dǎo)體固有溫度遠(yuǎn)高于1000°C。因此，在高溫環(huán)境下，碳化硅器件的穩(wěn)定性要優(yōu)于硅器件。

對市場和應(yīng)用的影響

與硅器件相比，碳化硅器件擁有更低的運(yùn)行損耗、更快的開關(guān)速度和更出色的高溫工作穩(wěn)定性。這些特征能帶來許多系統(tǒng)優(yōu)勢，對于下一代電源模塊很有吸引力。

高溫穩(wěn)定性意味著碳化硅不僅可以在更高的溫度下工作，而且還可以經(jīng)受住不時出現(xiàn)的溫峰（取決于任務(wù)要求）。此外，更高的開關(guān)頻率能夠減少產(chǎn)品的大小和重量，因?yàn)楸恐氐拇判越M件被換成外形更小的元件。最后，更快的開關(guān)時間和更低的導(dǎo)通電阻能夠減少開關(guān)和傳導(dǎo)損耗，進(jìn)而提高系統(tǒng)效率。

即使碳化硅屬于價格（更）高的組件，系統(tǒng)成本通常也能得到降低。但這需要進(jìn)行詳盡的調(diào)查，因?yàn)樘蓟鑼λ谐Ｓ玫碾娏﹄娮討?yīng)用而言情況不同。Power America和歐洲電力電子中心（ECPE）等組織發(fā)布了寬禁帶路線圖，表明了基于碳化硅的電源模塊的主要市場和應(yīng)用場景。光伏逆變器、不間斷電源（UPS）和電動汽車的逆變器可在短期內(nèi)從碳化硅中獲利，而高電壓應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)還需要一定時間。