SiC (carboneto de silício)O termo "dispositivo" refere-se a um dispositivo feito de carbeto de silício como matéria-prima.
De acordo com as diferentes propriedades de resistência, divide-se em dispositivos de potência de carbeto de silício condutivos ecarbeto de silício semi-isolanteDispositivos de radiofrequência.
Principais formas de dispositivos e aplicações do carboneto de silício
As principais vantagens do SiC sobreMateriais de Sisão:
O SiC possui uma banda proibida 3 vezes maior que a do Si, o que pode reduzir a fuga de corrente e aumentar a tolerância à temperatura.
O SiC possui uma rigidez dielétrica 10 vezes maior que a do Si, podendo melhorar a densidade de corrente, a frequência de operação, a capacidade de suportar tensão e reduzir as perdas de ativação e desativação, sendo mais adequado para aplicações de alta tensão.
O SiC possui o dobro da velocidade de deriva de saturação de elétrons do Si, portanto, pode operar em uma frequência mais alta.
O SiC possui condutividade térmica 3 vezes maior que a do Si, melhor desempenho na dissipação de calor, podendo suportar alta densidade de potência e reduzir os requisitos de dissipação de calor, tornando o dispositivo mais leve.
Substrato condutor
Substrato condutor: Obtém-se, através da remoção de diversas impurezas no cristal, especialmente impurezas de nível superficial, uma alta resistividade intrínseca do cristal.
Condutorsubstrato de carbeto de silíciowafer de SiC
O dispositivo de potência condutor de carbeto de silício é fabricado através do crescimento de uma camada epitaxial de carbeto de silício sobre um substrato condutor. A camada epitaxial de carbeto de silício é posteriormente processada, incluindo a produção de diodos Schottky, MOSFETs, IGBTs, etc., sendo utilizada principalmente em veículos elétricos, geração de energia fotovoltaica, transporte ferroviário, centros de dados, sistemas de carregamento e outras infraestruturas. Os benefícios de desempenho são os seguintes:
Características aprimoradas em alta pressão. A rigidez dielétrica do carbeto de silício é mais de 10 vezes superior à do silício, o que torna a resistência à alta pressão dos dispositivos de carbeto de silício significativamente maior do que a de dispositivos de silício equivalentes.
Melhores características em altas temperaturas. O carboneto de silício possui maior condutividade térmica que o silício, o que facilita a dissipação de calor do dispositivo e aumenta a temperatura limite de operação. A alta resistência à temperatura pode levar a um aumento significativo na densidade de potência, ao mesmo tempo que reduz as exigências do sistema de refrigeração, permitindo que o terminal seja mais leve e miniaturizado.
Menor consumo de energia. ① O dispositivo de carbeto de silício possui resistência de condução e perdas de condução muito baixas; (2) A corrente de fuga dos dispositivos de carbeto de silício é significativamente menor do que a dos dispositivos de silício, reduzindo assim a perda de energia; ③ Não há fenômeno de cauda de corrente no processo de desligamento dos dispositivos de carbeto de silício, e a perda de comutação é baixa, o que melhora muito a frequência de comutação das aplicações práticas.
Substrato de SiC semi-isolante
Substrato de SiC semi-isolado: A dopagem com nitrogênio é utilizada para controlar com precisão a resistividade de produtos condutores, calibrando a relação correspondente entre a concentração de dopagem com nitrogênio, a taxa de crescimento e a resistividade do cristal.
Material de substrato semi-isolante de alta pureza
Dispositivos de radiofrequência (RF) semi-isolados à base de carbono-silício são fabricados através do crescimento de uma camada epitaxial de nitreto de gálio sobre um substrato de carbeto de silício semi-isolado, resultando em uma folha epitaxial de nitreto de silício. Esses dispositivos incluem HEMT e outros dispositivos de RF de nitreto de gálio, utilizados principalmente em comunicações 5G, comunicações veiculares, aplicações de defesa, transmissão de dados e aeroespacial.
A taxa de deriva eletrônica saturada dos materiais de carbeto de silício e nitreto de gálio é 2,0 e 2,5 vezes maior que a do silício, respectivamente, portanto a frequência de operação dos dispositivos de carbeto de silício e nitreto de gálio é maior que a dos dispositivos de silício tradicionais. No entanto, o nitreto de gálio apresenta a desvantagem de baixa resistência térmica, enquanto o carbeto de silício possui boa resistência térmica e condutividade térmica, o que pode compensar a baixa resistência térmica dos dispositivos de nitreto de gálio. Assim, a indústria utiliza carbeto de silício semi-isolante como substrato, e uma camada epitaxial de gálio é cultivada sobre o substrato de carbeto de silício para fabricar dispositivos de radiofrequência.
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Data da publicação: 16 de julho de 2024