碳化硅是什么材料 碳化硅半导体
碳化硅 (SiC)：一种革命性的半导体材料
碳化硅 (SiC) 是一种由硅 (Si) 和碳 (C) 组成的宽带隙 (WBG) 半导体化合物，具有出色的物理和化学性能。
碳化硅的特性
极高的机械、化学和热稳定性
宽带隙和高热稳定性，允许在高温下（最高超过 200°C）操作
低漂移区电阻，是高压功率器件的关键因素
碳化硅在电力电子学中的应用
碳化硅非常适合功率应用，因为它可以承受极高的电压（比硅高十倍），并具有以下优势：
较高的热导率
较高的电子迁移率
较低的功率损耗
在较高的频率和温度下工作
小芯片尺寸
本征体二极管（MOSFET 器件）
碳化硅超越硅的原因
尽管硅是最常用的半导体，但它在高功率应用中的局限性越来越明显。碳化硅的带隙比硅高近三倍，这使其能够：
具有更小的电子设备
运行得更快
更加可靠
以更高的温度、电压和频率运行
碳化硅承受高压的原因
电场的介穿强度比硅高约十倍
可以使用更高的掺杂浓度
漂移层可以做得非常薄，从而降低电阻
碳化硅在高频下的优势
IGBT 和双极晶体管传统上用于大功率应用，但它们的开关损耗会导致发热。碳化硅的肖特基势垒二极管和 MOSFET 可以实现高电压、低导通电阻和快速运行。
碳化硅掺杂
纯碳化硅是一种电绝缘体。通过掺杂铝、硼、镓（P 型）或氮、磷（N 型）等杂质，可以赋予其半导体性质。
碳化硅的热管理
碳化硅的热导率是硅的 10 倍，这意味着它可以有效散热。这允许其以更高的电压和温度运行。
碳化硅与硅的比较
碳化硅的体二极管的反向恢复时间 (trr) 极快，这对于短路保护至关重要。这意味着 SiC MOSFET 在发生短路时可以更快速地关闭。
总结
碳化硅是一种突破性的半导体材料，具有革命性地提升电力电子器件性能的潜力。其无与伦比的性能使其成为超越硅并满足未来电力需求的理想选择。
SiC MOSFET 的短路耐受能力
SiC MOSFET 的尺寸小，电流密度高，但承受短路的耐受时间 (SCWT) 可能低于基于硅的器件，因为短路会导致热断裂。例如，TO247 封装 1.2kV MOSFET 在 Vdd=700V 和 Vgs=18V 时的 SCWT 约为 8-10 μs。Vgs 减小可降低饱和电流，从而提高耐受时间。Vdd 减小则会产生更少的热量，进而延长耐受时间。由于关闭 SiC MOSFET 所需的时间非常短，关闭速率 Vgs 较高时，高 dI/dt 可能引起严重的电压尖峰。应采用软闭合逐渐降低栅极电压，以避免过压峰值。
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隔离式栅极驱动器的优势
许多电子设备由低压电路和高压电路组成，这些电路相互连接以实现控制和供电功能。例如，牵引逆变器通常包括低压初级侧（电源、通信和控制电路）和次级侧（高压电路、电机、功率级和辅助电路）。位于初级侧的控制器通常利用来自高压侧的反馈信号，如果缺少隔离屏障，则容易受到损坏。隔离屏障将初级侧电路与次级侧电路电气隔离，形成了分离的接地参考，实现了所谓的电气隔离。这可以防止不需要的 AC 或 DC 信号从一侧传输到另一侧，从而对电源组件造成损坏。
