即將普及的碳化硅器件

　　隨綠色經(jīng)濟(jì)的興起，節(jié)能降耗已成潮流。在現(xiàn)代化生活中，人們已離不開電能。為解決“地球變暖”問題，電能消耗約占人類總耗能的七成，提高電力利用效率被提至重要地位。

　　據(jù)統(tǒng)計，60%至70%的電能是在低能耗系統(tǒng)中使用的，而其中絕大多數(shù)是消耗于電力變換和電力驅(qū)動。在提高電力利用效率中起關(guān)鍵作用的是功率器件，也稱電力電子器件。如何降低功率器件的能耗已成為全球性的重要課題。

　　在這種情況下，性能遠(yuǎn)優(yōu)于普遍使用的硅器件的碳化硅(SiC)器件受到人們青睞。SiC器件耐高溫(工作溫度和環(huán)境溫度)、抗輻射、具有較高的擊穿電壓和工作頻率，適于在惡劣條件下工作。特別是與傳統(tǒng)的硅器件相比，目前已實用的SiC器件可將功耗降低一半。由此將減少設(shè)備的發(fā)熱量，從而可大幅度降低電力變換器的體積和重量。其缺點是制備工藝難度大，器件成品率低，因而價格較高，影響了其普通應(yīng)用。

　　隨著技術(shù)進(jìn)步，近年來SiC襯底的直徑做的越來越大，器件質(zhì)量越來越高，生產(chǎn)SiC 產(chǎn)品的廠商越來越多，從而使制約SiC發(fā)展的SiC襯底供應(yīng)情況大為改觀。特別是由于SiC二極管廠商的增加和SiC產(chǎn)量的增長，使SiC器件的價格不斷下降。與此同時，SiC二極管的容量不斷增大和SiC晶體管的實際應(yīng)用，帶動了SiC器件性能的不斷改善。SiC器件己從高價時代的航天、航空、雷達(dá)、核能開發(fā)等領(lǐng)域，擴(kuò)展至石油和地?zé)徙@井勘探、變頻空調(diào)、平板電視、混合動力汽車和電動汽車以及太陽能光電變換等民用領(lǐng)域。汽車制造廠、空調(diào)公司和陽光發(fā)電部門以及眾多電源廠商，對SiC器件的應(yīng)用寄與厚望，人們已將其稱做節(jié)電降耗的關(guān)健器件。

　　SiC器件開發(fā)現(xiàn)況

　　2009年SiC MOSFET晶體管已經(jīng)可以量產(chǎn)，輸出為100A的SiC二極管大批量問世。

　　目前，SiC器件已被用于混合動力汽車和電動汽車設(shè)備中。2008年9月日本豐田公司開發(fā)出了SiC二極管逆變器，應(yīng)用于X-TRAIL FCV型汽車進(jìn)行道路行駛實驗。同月，本田汽車公司已用SiC器件制出了電源模塊。2009年日本開發(fā)的SiC變頻空調(diào)在市場上銷售。日本大阪的關(guān)西電力公司，開發(fā)出SiC逆變器，用于陽光發(fā)電。歐洲意法半導(dǎo)體公司用于電源的SiC二極管目前已大批量市售。德國英飛凌公司批量生產(chǎn)體積小的SiC二極管和SiC型MOS場效應(yīng)晶體管，2009年3月推出了第三代薄型 SiC肖特基二極管。據(jù)日本三菱公司的試驗表明，電力變換器中使用的硅基耐壓600V快速恢復(fù)二極管和IGBT。如果用SiC SBD(肖特基勢壘二極管)和MOSFET管代替，功耗可降50%，甚至70%。SiC的工作環(huán)境可穩(wěn)定地提高至300℃，而硅不超過200℃。因此可減少散熱器或不用散熱器。此外，SiC器件可在高頻下工作，在100KHz下使用的SiC器件已問世。

　　2008年日本羅姆公司開發(fā)出了300A，耐壓660V的10毫米見方的SiC二極管樣品。傳統(tǒng)產(chǎn)品因成品率低，只有幾毫米見方的。一般情況下要擴(kuò)大電流量就要增大芯片面積，然而芯片面積大則由于襯底質(zhì)量的限制，成品率會降低。

　　2009年2月美國Cree公司與Powerex公司開發(fā)出了雙開關(guān)1200伏、100安培的SiC功率模塊。其由耐高壓和大電流的SiC的MOS場效應(yīng)晶體管和SiC肖特基二極管組成。

　　日產(chǎn)汽車開發(fā)出了5毫米見方的SiC和硅的異構(gòu)結(jié)二極管，電流容量可超過100A。在羅姆公司協(xié)作下，日產(chǎn)汽車還開發(fā)出1~2毫米見方的SiC二極管，電流容量也能達(dá)到100A。

　　美國Cree公司和日本羅姆公司在業(yè)界領(lǐng)先生產(chǎn)SiC的MOS場效應(yīng)晶體管。SiC功率晶體管分3類：MOSFET、結(jié)型場效應(yīng)及IGBT那樣的雙極型器件。前兩者為單極型器件。SiC晶體管的結(jié)構(gòu)比SiC二極管復(fù)雜、因此成品率低、價格貴、影響其普及。然而對于耐壓1200伏的應(yīng)用，SiC晶體管對于硅基晶體管的成本優(yōu)勢己很明顯。