Что такое МОП-транзистор на основе карбида кремния (SiC)?

Что такое МОП-транзистор на основе карбида кремния (SiC)?

МОП-транзистор SiC — это МОП-транзистор, в котором вместо обычной кремниевой подложки используется МОП-транзистор на основе карбида кремния (SiC), составной полупроводник.

МОП-транзисторы используются для включения/выключения, усилителей и других применений. Используя SiC, составной полупроводник, в качестве материала полупроводниковой подложки, можно уменьшить сопротивление при подаче напряжения по сравнению с обычным МОП-транзистором на основе карбида кремния (SiC).

В результате потери переключения во время выключения и потери мощности во время работы питания могут быть уменьшены. Это может улучшить производительность полупроводникового чипа и снизить требуемую охлаждающую способность во время работы транзистора, что приводит к уменьшению размеров самого продукта.

Применение МОП-транзисторов из карбида кремния (SiC)

МОП-транзисторы SiC используются во многих полупроводниковых продуктах, таких как реле, импульсные источники питания и датчики изображения в области силовой электроники. МОП-транзисторы SiC также во многих случаях используются в коммуникационном оборудовании.

При выборе МОП-транзистора на основе карбида кремния (SiC) необходимо учитывать условия эксплуатации изделия, т. е. абсолютные максимальные номинальные значения, электрические характеристики, использование и размер корпуса и т. д.

Принцип работы МОП-транзисторов на основе карбида кремния (SiC)

МОП-транзисторы из карбида кремния (SiC) могут достигать структуры МОП-транзистора, которая обеспечивает низкое сопротивление включения и работу с малыми потерями во время выключения, сохраняя при этом аналогичный уровень выдерживаемого напряжения. Это происходит потому, что толщина активного слоя может быть уменьшена, поскольку транзистор изготовлен из подложки SiC, которая имеет свойства запрещенной зоны примерно в 3 раза выше и напряженность поля пробоя примерно в 10 раз выше, чем у подложки Si.

МОП-транзистор на основе карбида кремния (SiC) имеет многослойную структуру из полупроводников p-типа и n-типа. Обычно полупроводник n-типа укладывается поверх полупроводника p-типа. Электроды стока и истока прикреплены к полупроводнику n-типа, а оксидный изолирующий слой и электроды затвора прикреплены между полупроводниками n-типа. Кроме того, SiC (карбид кремния), сложный полупроводник, используется в качестве эпитаксиальной подложки для кремниевой пластины корпуса.

В МОП-транзисторе подача положительного напряжения на затвор вызывает протекание тока между истоком и стоком. В этом случае МОП-транзистор на основе карбида кремния (SiC), в котором в кремниевой пластине используется SiC, может работать с большим напряжением и током между истоком и стоком, чем МОП-транзистор, в котором используется только Si. Поскольку концентрация примесей в полупроводнике может быть увеличена, потери могут быть уменьшены, а размер МОП-транзистора может быть уменьшен.

Другая информация о МОП-транзисторах на основе карбида кремния (SiC)

1. Различие между МОП-транзисторами на основе карбида кремния (SiC) и IGBT

IGBT — это транзисторы, используемые для приложений в диапазоне высокой мощности, с которыми трудно справиться с помощью обычных Si MOSFET, но в последнее время в этом диапазоне используются устройства SiC MOSFET. Устройства SiC MOSFET используются в этой области, поскольку SiC имеет большую энергию запрещенной зоны, что позволяет ему работать при более высоких температурах, чем IGBT. Другая причина заключается в том, что SiC MOSFET могут преодолеть проблему больших потерь переключения в последующем биполярном транзисторе в случае IGBT.

В прошлом эпитаксиальные подложки SiC имели небольшой диаметр, что затрудняло массовое производство и стоимость. Однако в последнее время стало возможным использовать 8-дюймовые подложки, а массовое производство и цены улучшаются.

SiC активно используется в относительно больших приложениях по обработке мощности, превышающих 10 кВт, таких как приложения для электромобилей (EV), приложения для систем генерации электроэнергии и приложения для бытового электроснабжения.

2. Различия между устройствами SiC и GaN

Наряду с SiC, нитрид галлия (GaN) является еще одним широкозонным полупроводником, привлекающим внимание. GaN имеет большую энергию запрещенной зоны и более высокую прочность диэлектрика на пробой, чем SiC, и является предметом активных исследований в научно-исследовательских институтах.

Поскольку GaN обычно состоит из активного слоя GaN на подложке Si, его трудно поддерживать как в приложениях с высокой мощностью, так и в SiC MOSFET. На рынке относительно рассматриваются приложения, которые обрабатывают мощность, эквивалентную 1 кВт. Примерами служат мощные усилители для базовых станций 5G и зарядные устройства для аккумуляторов через ПК или USB.

Устройства GaN, такие как МОП-транзисторы на основе карбида кремния (SiC), могут работать при высоких температурах и не требуют охлаждающего оборудования или структур для отвода избыточного тепла, что привело к их широкому использованию в последние годы в качестве компактных адаптеров питания ПК.