硅一般是。半导体。技能的柱石。但是，硅也有局限性，尤其在。电力电子。范畴，规划人员面临着越来越多的新难题。处理硅局限性的一种办法是运用宽禁带半导体。本文为白皮书榜首部分，将要点介绍宽禁带半导体根底知识及碳化硅制作应战。

宽禁带半导体。

望文生义，宽禁带半导体（例如碳化硅(SiC)和。氮化镓。(GaN)），是经过其最重要的。电气。特性“禁带”来描绘的一类半导体。禁带是价带顶部和导带底部之间的能量差。类似硅的半导体具有相对较窄的禁带，规模为0.6 – 1.5。电子。伏特(eV)。（图1）。

图 1：宽禁带物理特性。

宽禁带半导体（续）。

宽禁带资料具有超越2电子伏特的禁带。宽禁带半导体越来越受注重，因为这些较大禁带的半导体在许多功率运用中具有比硅更胜一筹的特性，更像绝缘体。例如，宽禁带半导体可以在更高的电压、更高的频率和更高的温度下运转。（图2）这使它们更适合高电压和高功率运用，例如电动轿车（EV）中的牵引。逆变器。，在此类运用中需求快速开关功用和。高压。作业，以将车辆电池的直流。电源。转化为交流电。因为资料特性，根据碳化硅的逆变器可以延伸电动车的行进路程。

图2：宽禁带的优势。

碳化硅。

在各种宽禁带半导体中，碳化硅（SiC）现已成为极具吸引力的资料，特别适用于高功率转化运用，包含电动轿车（EV）中的牵引逆变器和车载充电机，以及根底设施运用如直流快充、太阳能逆变器、储能和不间断电源（UPS）。碳化硅已批量出产一个多世纪，首要用作研磨资料。走运的是，它也表现出超卓的特性，适用于高电压、大功率运用。

例如，物理特性包含高热导率、高饱满电子漂移速度和高击穿电场。（图3）因而，选用碳化硅构建的体系具有极低的能量损耗和更快的开关速度。此外，与硅。MOSFET。和。IGBT。器材比较，碳化硅可以在更小几许尺度下展现出这些优势。

图3：硅与宽禁带资料的特性。

碳化硅的运转，可以超越硅的极限，运转频率也能比硅IGBT更高，还能明显进步功率密度。（图4）。

图4.SiC vs Si。

碳化硅带来的时机。

关于制作商而言，碳化硅被视为一种竞赛利器，也是构建节能体系以及下降全体体系尺度、分量和本钱的时机。这是因为根据碳化硅的体系一般比根据硅的体系更节能、更小、更巩固，因而规划人员可以减小无源器材的尺度和本钱。更具体地说，因为碳化硅器材的发热量较低，因而关于特定的运用，其运转温度可以低于原计划。。（图5）。

图5：碳化硅运用优势。

考虑的一部分是施行新的。芯片。衔接技能（例如烧结），这些技能有助于从器材中散热并保证牢靠的衔接。与硅比较，碳化硅器材可以在更高的电压下运转，并供给更快的开关速度。所有这些要素使规划人员可以从头考虑如安在体系等级完成最佳功用，并在价格方面更具竞赛力。一些现已运用碳化硅的高性能器材，包含碳化硅。二极管。、碳化硅MOSFET以及碳化硅模块。

与硅比较，碳化硅的卓越性能为新式的运用打开了大门。碳化硅器材的规划电压不低于650V，特别是在1200V以上时，碳化硅成为各种运用的最佳处理计划。比如太阳能逆变器、电动轿车。充电桩。和。工业。交流到直流转化等运用，将在未来逐渐迁移到碳化硅上。另一个运用是固态变压器，现有的铜和磁性变压器将将被代替。

碳化硅制作的应战。

尽管碳化硅具有巨大的商场时机，但其制作进程也面临着许多应战。这些应战从保证原资料（技能上称为颗粒或碳化硅粉末）的纯度开端，到生成共同的碳化硅晶锭（图6），然后是在每个后续加工进程中堆集实践经历，以交给牢靠的终究。产品。（图7）。

碳化硅的一个共同应战在于。该资料不存在液相。，因而无法经过熔融法成长晶体。晶体成长有必要在精密操控的压力下进行，这使其制作比硅更具应战性。假如碳化硅在高温文低压下坚持不变，它会在不经过液相的情况下分解成气态物质。

因为这种特性，碳化硅晶体经过提高或物理气相传输（PVT）的气相技能成长。碳化硅粉末被放置在炉内的坩埚中，加热至高温（超越2200°C），然后碳化硅提高并在晶种上结晶构成碳化硅晶体。选用这种办法成长资料的一个重要部分是晶种，其直径与晶锭类似。运用PVT法，成长速率十分慢，大约为每小时0.1-0.5毫米。

图6：碳化硅粉末、晶锭和晶圆。

相同，因为碳化硅相关于硅的。极点硬度。，制作晶片的进程也愈加具有应战性。碳化硅是一种十分坚固的资料，即便运用金刚石锯也难以切开。金刚石般的硬度不同于许多其他半导体资料。尽管存在几种将晶锭别离成晶片的办法，但这些办法或许会在单晶中引进缺点。

图7：碳化硅从原资料到终究产品的制作进程。

还有一些。规模化应战。。与硅比较，碳化硅是一种缺点较多的资料。碳化硅的掺杂是一个杂乱的进程，而出产较大尺度且缺点更少的碳化硅晶圆，使得制作和加工本钱居高不下。因而，从一开端建立杰出的开发进程至关重要，以坚持共同的高质量产出。尽管如此，8英寸的衬底开端进入商场，安森美。（onsemi）。也在为此助力。

图8：应战–碳化硅晶圆和缺点。

碳化硅制作的应战(续)。

走运的是，企业在完成共同牢靠的晶锭和晶圆方面投入了很多资金。还使用其在硅制作方面的经历，对办法论和根底资料科学进行了支撑。在发布产品到商场时，有必要结合多个要害要素。

为此，碳化硅规范的开发正在进行中。在联合电子器材工程委员会（JEDEC）、。轿车电子。委员会（AEC）和欧洲电力电子轿车认证组（AQG）内部，多个子团队正在展开所需的作业，为该职业创立碳化硅规范。安森美积极参与这些规范的拟定。。包含AEC组和JEDEC委员会JC-70.2碳化硅电力电子转化半导体规范。

图 9：安稳的内涵和外在牢靠性的界说。

未完待续，后续推文将持续介绍碳化硅生态体系的不断演进、安森美在碳化硅半导体出产中的优势等。

内容来源：https://noidia.htllogistics.vn/app-1/bang dac biet thang nam 2016,https://chatbotjud-hml.saude.mg.gov.br/app-1/calculadora-chinesa

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