SiC 3G Diode presentation
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《SiC碳化硅》课件【精选文档】
《SiC碳化硅》课件【精选文档】 一、引言 1.1 课程背景 随着科技的飞速发展，新能源、电力电子、光电子等领域对材料性能的要求越来越高。碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，具有优异的物理性能和化学稳定性，广泛应用于高温、高频、高功率场合。本课件将详细介绍碳化硅的基本性质、制备方法、应用领域及其在新能源产业中的重要作用。
1.2 课程目标 （1）掌握碳化硅的基本性质和制备方法。 （2）了解碳化硅在新能源、电力电子、光电子等领域的应用。
（3）探讨碳化硅在未来发展趋势中的重要作用。 二、碳化硅的基本性质 2.1 物理性质 （1）结构：碳化硅具有多种晶体结构，如立方晶系、六方晶系等。其中，立方晶系的碳化硅具有类似金刚石的结构。
（2）硬度：碳化硅的硬度仅次于金刚石，是一种高硬度材料。
（3）熔点：碳化硅的熔点约为2700℃，具有较高的热稳定性。
（4）导电性：碳化硅具有半导体性质，其导电性介于导体和绝缘体之间。
2.2 化学性质 （1）抗氧化性：碳化硅具有优异的抗氧化性，可在高温下长时间使用。
（2）抗腐蚀性：碳化硅对酸、碱、盐等腐蚀性介质具有较高的抗腐蚀性。
（3）稳定性：碳化硅在高温、高压等极端条件下具有较高的稳定性。
三、碳化硅的制备方法 3.1 化学气相沉积法（CVD） 化学气相沉积法是一种制备碳化硅薄膜的主要方法。通过在高温下将碳源和硅源气体引入反应室，在基底表面发生化学反应，生成碳化硅薄膜。
3.2 熔融盐法 熔融盐法是一种制备碳化硅晶体的方法。将碳化硅原料与熔融盐混合，在高温下使碳化硅原料溶解，然后冷却结晶，得到碳化硅晶体。
3.3 燃烧合成法 燃烧合成法是一种制备碳化硅粉末的方法。将碳和硅粉末混合，在高温下发生燃烧反应，生成碳化硅粉末。
四、碳化硅的应用领域 4.1 新能源领域 碳化硅在新能源领域具有广泛的应用，如太阳能电池、风力发电、电动汽车等。碳化硅太阳能电池具有高效率、低损耗等优点，可提高太阳能电池的发电效率。
新型电力电子器件—碳化硅ppt课件
8
PiN 结二极管在4~5 kV 或者以上的电压时具有 优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的 导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。有 文献报道阻断电压为14.9和19.5 kV 的超高压 PiN二 极管，其正向和反向导通特性如图 2 所示，在电流 密度为100 A/cm2 时，其正向压降分别仅为4.4和 6.5 V。这种高压的 PiN 二极管在电力系统，特别是高压 直流输电领域具有潜在的应用价值。
3
4
碳化硅性质
由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生二极管制约 而能达到的硅材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发 展方向：一是采用各种新的器件结构；二是采用宽能带间隙材料 的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。
SiC是IV-IV族二元化合物半导体材料,也是元素周期表中IV族 元素中唯一的一种固态碳化物。SiC由碳原子和硅原子组成,但其 晶体结构具有同质多型体的特点。在半导体领域最常用的是 4H -SiC和6H-SiC两种,SiC与其它半导体材料具有相似的特性,4H-SiC 的饱和电子漂移速度是Si的两倍,从而为SiC器件提供了较高的电 流密度和较高的跨导。高击穿特性使SiC功率器件和开关器件具 有较Si和GaAs器件高3一4倍的击穿电压,高的热导率和耐高温特 性保证了SiC器件具有较高的功率密度及高温工作的可靠性。
5
Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
PiN 结二极管在4~5 kV 或者以上的电压时具有 优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的 导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。有 文献报道阻断电压为14.9和19.5 kV 的超高压 PiN二 极管，其正向和反向导通特性如图 2 所示，在电流 密度为100 A/cm2 时，其正向压降分别仅为4.4和 6.5 V。这种高压的 PiN 二极管在电力系统，特别是高压 直流输电领域具有潜在的应用价值。
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碳化硅性质
由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生二极管制约 而能达到的硅材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发 展方向：一是采用各种新的器件结构；二是采用宽能带间隙材料 的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。
SiC是IV-IV族二元化合物半导体材料,也是元素周期表中IV族 元素中唯一的一种固态碳化物。SiC由碳原子和硅原子组成,但其 晶体结构具有同质多型体的特点。在半导体领域最常用的是 4H -SiC和6H-SiC两种,SiC与其它半导体材料具有相似的特性,4H-SiC 的饱和电子漂移速度是Si的两倍,从而为SiC器件提供了较高的电 流密度和较高的跨导。高击穿特性使SiC功率器件和开关器件具 有较Si和GaAs器件高3一4倍的击穿电压,高的热导率和耐高温特 性保证了SiC器件具有较高的功率密度及高温工作的可靠性。
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Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
InGaN on SiC Light Emitting Diode 高功效紫外线 LED说明书
Package Dimensions
T-1 3/4 (5mm) SOLID STATE LAMP
W7113UVC
ULTRAVIOLET
Description
The source color devices are made with InGaN on SiC Light Emitting Diode. This device radiates intense ultraviolet (UV) light when operated .Most of the UV light emitted is not visible. Exposure to UV radiation can be harmful to your health. Protect your eyes and skin during operation. Do not look directly at the device during operation. Exposure to UV light ,even for a brief period, can damage your eyes. Do not operate the device unless you have had proper safety training and take appropriate precautions. Do not permit children or untrained personnel to operate the device. Static electricity and surge damage the LEDS. It is recommended to use a wrist band or anti-electrostatic glove when handling the LEDs. All devices, equipment and machinery must be electrically grounded.
T-1 3/4 (5mm) SOLID STATE LAMP
W7113UVC
ULTRAVIOLET
Description
The source color devices are made with InGaN on SiC Light Emitting Diode. This device radiates intense ultraviolet (UV) light when operated .Most of the UV light emitted is not visible. Exposure to UV radiation can be harmful to your health. Protect your eyes and skin during operation. Do not look directly at the device during operation. Exposure to UV light ,even for a brief period, can damage your eyes. Do not operate the device unless you have had proper safety training and take appropriate precautions. Do not permit children or untrained personnel to operate the device. Static electricity and surge damage the LEDS. It is recommended to use a wrist band or anti-electrostatic glove when handling the LEDs. All devices, equipment and machinery must be electrically grounded.
chapter14半导体二极管和三极管(1)幻灯片PPT
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流
势垒 UO
硅 0.5V 锗 0.1V
多子扩散电流
总电流＝0
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压〔正偏〕——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P
空间 电荷 区
N
在一定的温－度下－，由－本 － + + + +
征激发产生的少－子浓－度是－ － + + + + 一定的，故IR根－本上－与外－ － + + + + IR
加反压的大小无关，所以 内电场E
称为反向饱和电流。但IR
与温度有关。
EW
R
PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散 电流，呈现低电阻， PN结导通；
一 、半导体二极管的V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
常温300K时：
硅：1.41010
电子空穴对的浓度
cm3
锗：2.51013
cm 3
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
二. 杂质半导体
－ － －－ + + + +
sic生长方式 3c 4h
sic生长方式 3c 4h
SiC的生长方式有物理气相传输法(Physical Vapor Transport Method，PVT法)、高温化学气相沉积法(High Temperature Chemical Vapor Deposition，HTCVD法)、液相法(Liquid Phase Method)等。
其中，PVT 法是已发展较为成熟，更适用于产业化批量生产的方法。
SiC的晶型有2H-SiC、3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC等。
其中，按照“ABCB”顺序进行堆垛的结构称为4H晶型。
3C-SiC具有立方晶系结构，每个硅原子被四个碳原子和四个相邻的硅原子所包围。
这种结构具有最高的理论电子速度，但也容易受到杂质的影响，导致杂质腐蚀痕迹。
4H-SiC和6H-SiC都属于六方晶系，它们的原子排列方式不同，但都具有更好的成本效益和设备可靠性。
这是因为它们的晶体结构具有更好的稳定性和较低的杂质浓度，使得它们能够在高温、高功率和高电压条件下运行。
如需了解更多关于SiC的生长方式和晶型相关信息，建议咨询相关专家或查阅专业书籍。
C4D20120A(SiC diode)
Symbol Parameter
Typ.
Max. Unit
Test Conditions
VF
Forward Voltage
1.5 2.2
1.8 3
V
IF = 20 A TJ=25°C IF = 20 A TJ=175°C
IR
Reverse Current
35 65
200 400
μA
VR = 1200 V TJ=25°C VR = 1200 V TJ=175°C
F .149
.153 3.785 3.886
13.970
J G 1.127 R1.014.1797 28.626 29.134 R 0.197
L H .53.0025 .550 .0133.6462 13.9.67305
.914
MJ
.R040.5010
.055R 0.2541.143
1.397
NL M
Ptot
Power Dissipation
TC
Maximum Case Temperature
TJ
Operating Junction Range
Tstg
Storage Temperature Range
TO-220 Mounting Torque
1200
V
1300
V
1200
V
27
A TC=135˚C, no AC component
Min
Max
A
.381
.410
9.677
10.414
B
.235
.255
5.969
6.477
CP OS
DA EB
并联 sic二极管
并联sic二极管并联SiC二极管是一种由碳化硅（SiC）材料制成的半导体器件，具有高频率、高温度、高压等特性。
在现代电子设备中，并联SiC二极管得到了广泛的应用，如电源模块、电动汽车、太阳能逆变器等。
本文将介绍并联SiC二极管的基本概念、性能优势、应用领域以及选购与使用注意事项。
一、并联SiC二极管的基本概念并联SiC二极管是指两个或多个SiC二极管并联连接在一起，共同组成一个电路。
这种结构可以提高器件的电流容量，降低电阻，从而提高整个电路的效率。
并联SiC二极管的工作原理与普通二极管相似，但其材料由硅改为碳化硅，使得并联SiC二极管具有更好的性能。
二、并联SiC二极管的性能优势1.高频性能：SiC材料具有较高的击穿电压，使得并联SiC二极管在高频应用中具有更好的稳定性。
2.高温性能：SiC材料的熔点较高，使得并联SiC二极管能在高温环境下正常工作。
3.高压性能：并联SiC二极管具有较高的耐压能力，适用于高压应用场景。
4.低损耗：SiC材料的导通电阻较低，从而降低了并联SiC二极管的损耗，提高了电路的效率。
5.可靠性高：并联SiC二极管具有较长的使用寿命，能在恶劣环境下保持稳定的性能。
三、并联SiC二极管的应用领域1.电源模块：并联SiC二极管在电源模块中具有广泛应用，如开关电源、直流-直流转换器等，其高效率和低损耗特性使得电源系统更加紧凑、轻便。
2.电动汽车：并联SiC二极管在电动汽车中应用于电机控制器、电池管理系统等，其高频率、高温度、高压性能满足了电动汽车的高性能要求。
3.太阳能逆变器：并联SiC二极管在太阳能逆变器中具有优越的性能，提高了太阳能发电系统的整体效率。
4.工业控制：并联SiC二极管在工业控制领域具有广泛应用，如伺服驱动器、变频器等，其高稳定性、高可靠性为工业自动化提供了有力保障。
四、并联SiC二极管的选购与使用注意事项1.选购时要注意产品的规格参数，如电流、电压、频率等，确保选购到满足实际应用需求的器件。
SiC器件在双向DC-DC变换器中的应用研究 石昊
SiC器件在双向DC-DC变换器中的应用研究石昊发表时间：2018-03-13T15:39:52.890Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：石昊[导读] SiC功率器件可以有效提高双向DC/DC变换器的效率和功率密度。
本章将重点分析SiC应用特性和优化设计等问题，对SiC功率器件的应用特性进行实验研究，并提出针对变换器的软件和硬件优化建议。
（陆军装甲兵学院北京市丰台区 100072）SiC功率器件可以有效提高双向DC/DC变换器的效率和功率密度。
本章将重点分析SiC应用特性和优化设计等问题，对SiC功率器件的应用特性进行实验研究，并提出针对变换器的软件和硬件优化建议。
1 SiC功率器件的特性和应用现状1.1 SiC晶体材料的特性及研究现状SiC（碳化硅）材料以其优良的物理特性，吸引了众多研究者的关注。
目前，SiC最常用的有4H-SiC、6H-SiC和3C-SiC三种堆积结构。
分子层堆积顺序影响SiC材料的电学特性[43]。
表4.1列出了Si材料和SiC材料的物理和电学性能参数[45]。
相比于Si材料，SiC材料拥有更高的禁带宽度、临界击穿场强、热导率和电子饱和速度。
下面就SiC的这几个特点分别进行分析。
高电子饱和速度：SiC的电子饱和速度是Si材料的两倍，提高了SiC功率器件的最大开关频率，提高了器件的电流密度，减小了器件的外形尺寸。
低本征载流子浓度：SiC材料的本征载流子浓度非常低，因此SiC功率器件反向恢复时间很短。
综上所述，SiC材料比Si材料更适合制作高功率、高频率、高温度的功率器件，可以有效提高开关电源的功率密度和效率，降低制造成本。
许多国家看好SiC材料的应用前景并投入大量资金对其进行深入研究[46-47]。
美国在1997年提出发展宽禁带半导体的目标，2014年创立宽禁带创新中心，计划在未来五年实现电力电子装置的轻量化。
日本制订了“国家硬电子计划”，发展用于太空、核能和通讯等领域的新一代功率器件。
3C和4H-SiC中的电子结构和电荷转移
3C和4H-SiC中的电子结构和电荷转移————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：3C和4H—SiC中的电子结构和电荷转移摘要：我们使用一个局部密度泛函势、原子轨道线性组合（LCAO）法以及BZW程序，研究了3C—SiC和4H—SiC的电子结构。
我们计算了能带、带隙、n—型载流子的有效质量以及临界点转变能量.计算出的电子性质与实验结果很好地吻合。
对3C—SiC的初始总能量计算，找到了一个平衡晶格常数a=4.348 Å。
计算出的电荷转移性质表明，在4H-SiC和3C —SiC中，每一个硅原子失去约1。
4个电子，被一个碳原子获得.1 引言由于其优越的电子、机械和化学性能，SiC成为高温、高压设备中最有前途的材料［1,2]。
大的Si—C键键能使SiC可以抵抗化学侵蚀和辐射,并确保其在高温下的稳定性.SiC可能是具有最多的多晶类型的材料。
超过200个SiC的多晶类型已经被确定。
由于其有利的电子性能，3C和4H—SiC多晶吸引了更多的注意力。
在本文中，我们使用从头计算法,研究了3C-SiC和4H—SiC的电子结构和电荷转移。
基于密度泛函理论以及局域密度近似(LDA)［3,4］所建立的从头计算法，已经成为了研究半导体、金属、表面或者界面性质［5，6,7,8］的非常强大的工具。
在这些计算中，多体电子系统的交互关联作用被表述为电荷密度的函数[3，4，5］.然而，很多对半导体或者绝缘体的LDA计算都低估带隙30-50％.那些与带隙极其相关的问题,诸如通过LDA方法计算出的半导体的低能量导带和光学性质,均与实验结果不吻合.对Ge进行前述的计算［8,10,11]，得出数个为金属的能带结构，而这显然与实验结果不符。
已经有一些理论方面的努力去试图解决这些问题,其中包括利用非局域、能量依赖、非轭密的自有能量算符等的计算[12，13,14，15,11］。
美高森美展出新型30 kW三相Vienna PFC参考设计和SiC解决方案
美高森美展出新型30 kW三相Vienna PFC参考设计
和SiC解决方案
将于6月5日至7日在PCIM欧洲电力电子展的6号展厅318展台，展示适用于快速电动车充电和工业应用的解决方案。
致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差异化的领先半导体技术方案供应商美高森美公司（Microsemi Corporation，纽约纳斯达克交易所代号：MSCC）宣布提供采用碳化硅（SiC）二极管和MOSFET器件的全新可扩展30 kW三相Vienna功率因数校正（PFC）拓扑参考设计。
这款可扩展的用户友好解决方案由美高森美与北卡罗莱纳州立大学（NCSU）合作开发，非常适合快速电动车（EV）充电和其它大功率汽车和工业应用；此外，它亦可通过美高森美功能强大的SiC MOSFET和二极管，为客户提供更高效的开关以及高雪崩/高重复性非钳位感性开关（UIS）能力和高短路耐受额定值。
美高森美将参展6月5日至7日在德国纽伦堡展览中心举行的PCIM欧洲电力电子展，在6号展厅318展台展示有源整流器PFC参考设计以及SiC产品系列中的其它解决方案。
美高森美副总裁兼分立和电源管理部门经理Leon Gross表示：“汽车市场不断变化，混合动力车（HEV）和电动车日益增加，SiC器件可以使得这些车辆提高效率，行走更远路程。
这继续推动了市场对我们产品组合中的这些。