SIC二極管的基礎知識

什么是SIC二極管？

SIC二極管是化合物半導體的基本元素之一，由硅（Si）和碳（C）組成。

SIC的擊穿強度約是硅的10倍，帶隙約是硅的3倍，這使得能夠制造出更小且電壓電阻更高的電路元件。 利用這一特性，利用SIC的功率半導體開發正在進行中。 SIC二極管是SIC功率半導體的代表性例子，既可作為獨立（獨立）產品制造，也集成到模塊中，用于逆變器、變換器、IGBT等。

特別是SIC的肖特基勢壘二極管（英文：Schottky Barrier Diode）是一種高性能二極管，近年來因其能在較低的正向電壓下實現小而高電壓且高效的開關操作而備受關注。

另一方面，SIC晶圓比硅晶圓更難生長晶體，且據說SIC在制造半導體器件時比硅更難。 因此，SIC二極管預計會根據不同應用以不同方式擴展其應用范圍，而不是替代所有硅二極管。

SIC二極管的應用

SIC二極管被積極用作電動汽車的逆變器。 通過在電動汽車中安裝的逆變器中使用SIC二極管，它們可以用更低的功耗運行更遠的距離。

此外，列車耗電更少，從而節省了電費。 使用SIC二極管的設備引入初期成本較高，但可以輕松降低運營成本。 東海道新干線車輛配備了采用SIC二極管的逆變器。

使用SIC二極管的功率器件體積小巧且輕巧，能夠承受高電壓和高電流，且即使在高頻工作中效率較低。 未來隨著SIC二極管價格降低，預計引入將按順序推進，首先是高功耗器件。

與SIC類似，氮化鎵（GaN）半導體也正作為新一代電力器件備受關注。 SiC和GaN的組合通常用于需要更高電壓和更高功率的器件，而GaN則用于工作頻率更高的器件。

SIC二極管原理

SIC二極管相比傳統硅二極管能承受更高的電壓和電流以及更高的工作溫度。 這是因為基礎SIC晶圓的物理性能優于硅晶圓本身。

具體來說，SIC相比硅具有更大的帶隙、擊穿場強和熱導率。 SiC的帶隙為3.26（eV），硅為1.12（eV），擊穿場強為硅為0.3（MV/cm），SIC為2.5（MV/cm），熱導率為4.9（W/（cm·K））。

SIC晶圓有多種晶體結構，但作為功率器件特性優異的是稱為4H-SiC的晶圓，上述數值也對應。

SIC二極管的類型

SIC二極管有不同類型，如SiC肖特基勢波二極管和SICpn結二極管。 其基本結構與硅二極管相同，但如果你想處理相同的電壓和電流，硅二極管體積更小。

1. SIC 肖特基勢場二極管

作為一種結構，它是與SIC的金屬連接形式。 它是一種因電子運動而產生電流的機制。

這些二極管具有高速和高電壓電阻特性。 僅在高速方面，傳統硅二極管也更優，但SIC肖特基勢壘二極管更優，因為它們的擊穿電壓約是硅的10倍。 也可以制造能夠承受超過1000伏電壓的產品。

2. SICpn 結二極管

作為結構，它使用PN結。 其特點是高電壓、低電阻，優于SIC肖特基勢壘二極管。 這是因為空穴在n型層中以少量載流子形式積累。