染雾SiC技术的优点、缺点介绍 篇一
SiC技术的优点
SiC技术，即碳化硅技术，是一种新兴的半导体材料技术，具有许多优点。
首先，SiC技术具有高温特性。相比于传统的硅材料，碳化硅具有更高的熔点和更好的热传导性能，能够在高温环境下工作。这使得SiC技术在电力电子设备中具有广泛的应用前景，尤其是在高温环境下的电力变换和传输系统中。
其次，SiC技术具有高电压特性。由于碳化硅具有更高的击穿电场强度和更好的载流子迁移特性，SiC技术的器件可以承受更高的电压。这使得SiC技术在电力电子设备中具有更高的性能和可靠性，尤其在高电压应用中。
此外，SiC技术具有低功耗特性。碳化硅材料的导电性能和开关速度优于传统的硅材料，这使得SiC技术的器件在工作时能够更快地切换和控制电流，从而大大减少了能量损耗。这不仅有利于提高设备的效率，还有助于减少电力系统的能源消耗。
最后，SiC技术具有小体积特性。由于碳化硅材料的高功率密度和高热传导性能，SiC技术的器件可以设计为更小巧的尺寸。这使得SiC技术在电力电子设备中的集成度更高，可以实现更高效的电路布局和更紧凑的设备结构。
SiC技术的缺点
然而，SiC技术也存在一些缺点，限制了其在某些领域的应用。
首先，SiC技术的成本较高。与传统的硅材料相比，碳化硅材料的制备和加工过程更为复杂，生产成本较高。这使得SiC技术在某些应用领域的普及受到一定限制。
其次，SiC技术的可靠性问题尚待解决。由于碳化硅材料的制备和加工过程中存在一些技术难题，SiC技术的器件在长期使用中可能会出现可靠性问题，如器件寿命短、容易受到外界环境的影响等。
此外，SiC技术的市场规模相对较小。目前，碳化硅材料的市场规模相对较小，供应链相对不稳定。这使得SiC技术在一些领域的应用受到限制，如电力电子设备领域。
综上所述，SiC技术具有高温特性、高电压特性、低功耗特性和小体积特性等优点，但也存在成本较高、可靠性问题和市场规模相对较小等缺点。随着技术的不断发展和成熟，这些缺点有望逐渐被克服，SiC技术的应用前景将更加广阔。
SiC技术的优点、缺点介绍 篇三
SiC技术的优点、缺点介绍
高效SiC技术的介绍和分析
摘要：随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。本文主要介绍SiC技术优点、缺点及目前应用层面的一些瓶颈。
1.引言
由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。
简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:
击穿电压强度高（10倍于Si）
更宽的能带隙（3倍于Si）
热导率高（3倍于Si）
这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。
Vincotech公司十几年前就已经采用SiC二极管来开发功率模块。SiC二极管由于其卓越的反向恢复特性，可以有效的减小它本身的开关损耗和IGBT的开关损耗。SiC肖特基二极管虽然已经应用了很多年，但是还需要进一步改善价格来获得更广阔的市场。
最近几年的主要研究和应用是基于SiC的有源开关器件，比如SiC MOSFET和SiC JFET. 从目前电压等级4Kv以下的应用来看，SiC MOSET有打败SiC JFET的势头。SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗。SiC MOSFET大批量商业化的最大障碍目前还是由于其居高不下的'价格。然而我们还是要综合评估整个系统成本，因为SiC MOSFET还是带来系统整个体积和其他成本的下降。文本会介绍一些SiC和Si在效率、损耗方面的对比来证明SiC在高频应用上的优势。
采用boost模型，对比分析SiC和Si器件的损耗
我们来看一下boost电路。像光伏逆变器的前级升压就会用到这类电路。下图1是典型的boost电路拓扑。
图1： boost电路拓扑
我们以光伏应用中最典型的工况为例，输入350V,输出700V。输入电流和开关频率暂时不定。以下的仿真对比分析会采用Vincotech FlowISE仿真工具，这样可以更快的对不同电流，不同频率的工况做出对比分析。这些对比分析会采用以下几款型号来代表不同的芯片组合：
-IGBT + Si 二极管
o flowBOOST 0 (型号：V23990-P629-F72-PM) 1200V/40A 超快IGBT+30A/1200V STEALTHTH 二极管
-IGBT + SiC二极管
oflowBOOST 0 ( 型号：V23990-P629-F62-PM) 1200V/40A 超IGBT+3*1200V/5A SiC二极管 -SiC MOSFET+ SiC二极管
o flowBOOST 0 SiC (型号：10-PZ12B2A045MR-M330L18Y) 45 mΩ/1200 V SiC MOSFET + 4x10 A/1200 V SiC 二极管
接下来我们来看一下它们的效率对比。首先
图2：IGBT+ Si 或者SiC二极管，4到16Khz时不同电流的效率对比曲线
图3：IGBT+ SiC二极管和SiC MOSFET+ SiC二极管，16到64Khz，不同电流的效率对比曲线 下面的几幅图从输出电流能力的角度来说明SiC器件相对Si器件的优势。例如，假设50W总损耗，开关频率16Khz，如图4所示，IGBT+SiC二极管的组合，输出电流能力比IGBT+Si二极管的组合大85%。 保持SiC二极管不变，对比IGBT和SiC MOSFET的性能。从图5可以看出，SiC MOSFET+SiC二极管的组合输出电流能力比IGBT+SiC二极管要大50%。输出能力的提升，主要的根源在于不同的芯片配置，可以有效的减小器件的损耗。
图4：IGBT+Si二极管或者SiC二极管，4到16Khz时输出电流能力和损耗的关系曲线
图5：IGBT+SiC二极管或者SiC MOSFET+SiC二极管，16到64Khz时输出电流能力和损耗的关系
曲线
另外一个有趣的对比是基于损耗和开关频率。如图6， IGBT+Si二极管的损耗，随着频率的改变损耗变化幅度非常大，而IGBT+SiC二极管的损耗，随着频率的变化改变不是很大。尤其是在16K到48K，通过芯片电流为5A时，其总损耗几乎是线性的，增加幅度较小。那么如果把IGBT换成SiC MOSFET会是什么情况呢？
如图7，当改用SiC MOSFET，线性的频率范围几乎扩大了一倍，从16到100Khz范围内，损耗都是线性的，变化很小。这就是为什么SiC MOSFET+SiC 二极管的组合可以工作在高频的原因。而我们致力于高频化的重要原因就是为了减小整个系统的体积和成本。经过最后的估算，纯SiC器件方案（SiC
MOSFET+SiC二极管）比Si器件方案（IGBT+Si二极管）损耗下降80%，非常有助于帮助工程师实现高效、高功率密度的产品设计。
图6：IGBT+Si二极管或者SiC二极管，不同电流条件下，开关频率和损耗的关系
图7：IGBT+SiC二极管和SiC MOSFET+SiC二极管，不同电流条件下，开关频率和损耗的关系 SiC器件面临的挑战
在如今，成本是新产品设计背后的主要考量因素之一。目前SiC器件高昂的成本仍是限制其赢得很多市场份额的最主要原因。但是随着用量的增加和新一代SiC技术的应用，这个价格障碍正逐渐被削弱。例如，600V SiC二极管的价格从2011年到现在，已经下降了大约35%到45%。人们预计在接下来几年里还会再下降大约10%。1200V 80mOHM的SiC MOSFET价格，预计在未来的三到四年里下降50%。这样的价格水准，势必会带来更为广阔的应用空间。
另外一个是技术层面的挑战。组装和绑定线工艺必须适应SiC器件高功率密度，高温的性能。SiC器件在保持散热器温度不变的条件下，可以工作在非常高的电流密度和温度条件下。这会使得绑定线和焊接的结合点获得更高的热应力，传统的绑定线和工艺会影响功率模块的寿命。因此组装和绑定工艺需要改进，比如采用Sintering（银烧结工艺），优化绑定线技术，采用铜编织带或者大面积的银箔接触来克服高温的问题。另外，SiC芯片的缺陷密度也远大于Si，这也是为什么常用的SiC芯片目前的电流能力都是5到10A。当然当今最大的电流能力也能做到50A，但是成本会很贵。
2.总结
本文主要介绍了功率模块中SiC二极管，SiC MOSFET对于损耗下降，效率提升的作用。这对一些要求高效且高功率密度的设计，比如光伏逆变器，就非常有意义。研发人员采用此类的功率模块，可以有效的提升开关频率，降低光伏逆变器的体积，同时提升效率。（文|吴鼎 Vincotech中国区FAE）
