什么是SiC半導體？

SiC（碳化硅）是一種由硅和碳制成的化合物半導體，由于其優異的性能在功率器件領域受到關注。

 Si是我們常見的半導體主流材料，但SiC有望成為性能超越Si的下一代半導體材料。

與硅類似，SiC可以形成柵氧化膜(SiO2)和p型層。

因此，可以直接應用在硅中開發的MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的結構。

這加速了SiC功率器件的發展，并使其在短時間內實現商業化成為可能。

SiC 半導體的特性和優點

功率半導體的性能由多種物理特性的平衡決定，包括擊穿場強、遷移率和導熱率。

“Variga 品質因數”是綜合評價這些特性的指標，SiC顯示出高的數值，約為硅的 500 倍。這意味著SiC非常適合作為功率半導體材料。

SiC半導體的主要特性可概括如下。

• 高擊穿場強：可以承受更高的電壓，適用于處理高功率的電路。

• 高導熱性：可以減少熱量產生并延長設備的使用壽命。

• 高遷移率：實現快速開關操作并提高電源轉換效率。

這些特性使SiC功率器件相對于傳統硅功率器件具有以下優勢：

• 高效率：減少功率損耗，顯著提高能源效率。

• 小型化：高效率使得冷卻裝置可以做得更小，使得整個裝置變得更小成為可能。

• 高可靠性：即使在高溫、高壓環境下也能穩定運行，讓您構建高可靠的系統。

SiC半導體的應用

傳統汽車由發動機提供動力。然而，近年來，隨著人們對環境問題的認識不斷增強，電動汽車越來越受到人們的關注。因此，SiC半導體備受期待。

使用 SiC 半導體具有以下優點：

• 增加續航里程：更有效地使用電力，增加一次充電可以行駛的距離。

• 縮短充電時間：實現快速充電并顯著縮短充電時間。

• 電機的小型化：通過使用SiC半導體，可以實現電機的小型化，有助于整車的輕量化。

SiC半導體安裝在各種類型的車輛中，包括電動汽車、混合動力汽車和插電式混合動力汽車。

【擴展到其他領域】

• 能源領域：SiC半導體被用于將太陽能、風能等可再生能源高效傳輸至電網。 SiC半導體提供穩定的發電電源，有助于提高整個電力系統的效率。

• 信息通信領域：數據中心使用大量服務器來處理海量數據。冷卻這些服務器需要大量的能源。通過提高功率轉換效率，SiC 半導體減少了冷卻所需的能源，有助于數據中心的節能。

SiC半導體的挑戰

SiC功率半導體具有比硅更高的性能，但其成本高是一個問題。造成這種情況的主要原因是SiC晶圓價格昂貴且難以保證長期可靠性。

SiC晶圓的制造成本比硅晶圓高，而且含有許多晶體缺陷，因此可靠性較低。在這些晶體缺陷中，堆垛層錯被認為是長期使用過程中器件性能劣化的主要原因。

當電流流過堆垛層錯時，堆垛層錯會擴大，從而增加器件的電阻。這種現象稱為雙極退化，是縮短 SiC 功率半導體壽命的一個因素。

為了解決這個問題，目前正在努力開發晶體缺陷更少的SiC晶片并改進制造工藝。未來，這些技術創新有望降低SiC功率半導體的成本，使其應用于更廣泛的領域。