Что такое SiC-диод?

Что такое SiC-диод?

SiC-диоды — это полупроводниковые приборы, изготовленные из соединения кремния (Si) и углерода (C).

SiC имеет примерно в 10 раз большую диэлектрическую прочность и в 3 раза большую ширину запрещенной зоны, чем кремний (Si), что позволяет создавать элементы цепей меньшего размера, но с более высоким напряжением пробоя. SiC-диоды, известный тип силовых SiC-полупроводников, используются в дискретных продуктах или интегрируются в модули для применения в инверторах, преобразователях, IGBT и других устройствах.

Диод с барьером Шоттки, тип диода SiC, отличается компактной конструкцией и высокоэффективными возможностями переключения при низком прямом напряжении. Однако выращивание пластин SiC является более сложной задачей, чем пластин Si, и обработка SiC для полупроводниковых приборов также более сложна. Таким образом, ожидается, что диоды SiC не полностью заменят диоды Si, а будут сосуществовать и использоваться для определенных приложений.

Применение диодов SiC

Диоды SiC широко используются в инверторах электромобилей, способствуя увеличению дальности пробега транспортного средства и снижению энергопотребления.

Они также используются в поездах, что приводит к экономии затрат на электроэнергию за счет снижения энергопотребления. Несмотря на более высокие первоначальные затраты, использование диодов SiC может снизить эксплуатационные расходы. Например, в последних поездах Tokaido Shinkansen используются инверторы, оснащенные диодами SiC.

Диоды SiC компактны, легки и способны выдерживать высокие напряжения и токи с минимальной потерей эффективности на высоких частотах. По мере снижения их стоимости ожидается, что они будут все чаще применяться в устройствах с высоким потреблением энергии.

Подобно SiC, полупроводники на основе нитрида галлия (GaN) также привлекают внимание. SiC обычно используется в устройствах с более высоким напряжением и мощностью, тогда как GaN предпочтителен для более высокочастотных операций.

Принцип работы диодов SiC

Диоды SiC могут выдерживать более высокие напряжения и токи и работать при более высоких температурах, чем традиционные диоды Si, благодаря превосходным физическим свойствам пластин SiC.

SiC имеет большую ширину запрещенной зоны, напряженность поля пробоя диэлектрика и теплопроводность по сравнению с Si. Например, ширина запрещенной зоны SiC составляет 3,26 эВ по сравнению с 1,12 эВ у Si, напряженность поля пробоя SiC составляет 2,5 МВ/см по сравнению с 0,3 МВ/см у Si, а теплопроводность SiC составляет 4,9 Вт/(см・К) по сравнению с 1,5 Вт/(см・К) у Si.

Среди различных структур кристаллов на основе пластин SiC 4H-SiC имеет особенно выгодные характеристики для силовых устройств.

Типы диодов SiC

Существует в основном два типа диодов SiC: диоды с барьером Шоттки SiC и диоды с p-n-переходом SiC.

1. Диод с барьером Шоттки на основе SiC

Этот тип диода отличается металлическим соединением Шоттки с SiC, где движение электронов генерирует ток. Он известен высокой скоростью работы и высоким напряжением пробоя, значительно превосходя обычные диоды Si по напряжению пробоя.

2. Диод с pn-переходом на основе SiC

Диод с pn-переходом на основе SiC использует структуру pn-перехода и характеризуется более высоким напряжением пробоя и меньшим сопротивлением по сравнению с диодами с барьером Шоттки на основе SiC. Такая эффективность обусловлена ​​накоплением дырок в качестве неосновных носителей в слое n-типа.