高温SiC器件的特性及发展
SiC功率半导体器件的优势和发展前景
SiC功率半导体器件的优势和发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新兴的半导体材料，具有许多优势和广阔的发展前景。
以下是SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
1.高温工作能力：与传统的硅功率半导体器件相比，SiC器件能够在高温环境下工作，其工作温度可达到300摄氏度以上。
这使得SiC器件在航空航天、军事装备和汽车等应用领域具有巨大的潜力。
2.高电压耐受能力：SiC器件具有更高的击穿电场强度和较低的导通电阻，可以实现更高的电压耐受能力。
这使得SiC器件在高压和高电场应用中具有优势，如电力电子转换、电力传输和分配、电网充放电和电动车充电等。
3.高频特性：由于SiC材料的电子迁移率和终端速度较高，SiC器件具有优秀的高频特性。
这使得SiC器件在高频交流/直流转换器和射频功率放大器中具有广泛的应用。
4.低导通和开启损耗：SiC材料的电阻率较低，电流密度较大。
这导致SiC器件在导通过程中的能耗更低，进而减少了开关损耗。
相对于硅器件，SiC器件具有更高的效率和更小的温升。
这使得SiC器件在能源转换和电源管理领域具有潜在的应用前景。
5.小体积和轻量化：SiC器件的小体积和轻量化特性，使得其在高功率密度应用和紧凑空间条件下的应用更具优势。
这对于电动汽车、风力和太阳能发电系统、飞机和船舶等领域都有重要意义。
6.高可靠性和长寿命：由于SiC器件的抗辐射、抗高温、耐压击穿和抗电荷扩散等特性，它具有较高的可靠性和长寿命。
这对于军事装备、航空航天和核电等关键领域的应用具有重要意义。
SiC功率半导体器件的发展前景广阔。
随着科技的不断进步和物联网的快速发展，对于功率器件的要求愈发严苛。
在电力转换、能源管理和电动汽车等领域，对功率器件的需求将进一步增加，而SiC器件作为一种高温、高电压和高频特性都优异的功率半导体器件，将有望取代传统的硅器件，成为未来功率电子的主流。
此外，随着SiC材料的制备工艺和工艺技术的不断改进，SiC器件的成本也在逐渐下降。
碳化硅半导体的介绍及发展前景
灵敏的，创新的
一些小型的，具有创新精神的公司往往会对先进技术产生促进作用。在SiC领域内， 一个这样的例子是Arkansas Power Electronics International Inc。APEI专攻对于使用 SiC器件作为核心技术的高性能功率电子系统的开发。APEI公司的总裁Alexander B. Lostetter博士说：“APEI公司特别关注那些用于极端环境（温度高于500℃或更高） 和/或具有很高功率密度的应用场合的技术。”
发展及前景
关于碳化硅的几个事件 1905 1905年 第一次在陨石中发现碳化硅 1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生 1955年 理论和技术上重大突破，ＬＥＬＹ提出生长高品质碳化概念，从此将Ｓ IC作为重要的电子材料 1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流 1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“ＬＥ ＬＹ改进技术”的晶粒提纯生长方法 1987年～至今以ＣＲＥＥ的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品 化的碳化硅基
Байду номын сангаас 图1 黑碳化硅
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料 用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或 汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材 料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85％） 是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。 此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
研究的结果证实了更高开关频率的可能性，在以前，更高的开关频率一直受限于纯 硅二极管的反向恢复损耗。Err限制了在减小开启损耗上的进一步发展。Skibinski解 释道：“硅模块的供给商推荐使用一个门电阻Rgate (例如25 ，来平衡IGBT的开启能 量损耗(Eon) 关断能量损耗(Eoff)。”然而对于SiC二极管，门电阻Rgate就可以省往不 用了。 他说：“SiC二极管能够降低总功率损耗(Eon+Err+Eoff)，这一特性仔驱动上的应用 有着潜伏优点。”首先，在使用同样的制冷系统的条件下，它可以达到4倍的开关 频率，可以使前置电磁滤波用具有更好的性能、更小的体积和更低的价格。或者， 你也可以保存现在的开关频率和制冷系统，这样就可以得到更高的效率和稳定性、 更低的损耗、更高的额定输出。降低的总功率损耗可以潜伏地降低制冷花费。 Yaskawa Electric是另一个采用SiC技术的驱动生产商，他把SiC技术应用于雷达屏幕 上。Yaskawa Electric总结SiC的基本的优点有：高工作温度、高开关速度、在导通和 开关模式下都具有更低的损耗，这些是驱动系统更加有效率。
SiC器件中SiC材料的物性和特征,功率器件的特征,SiC MOSFET特征概述
SiC 器件中SiC 材料的物性和特征,功率器件的特
征,SiC MOSFET 特征概述
1
SiC 材料的物性和特征
SiC（碳化硅）是一种由Si（硅）和C（碳）构成的化合物半导体材料。
SiC 临界击穿场强是Si 的10 倍，带隙是Si 的3 倍，热导率是Si 的3 倍，所以被认为是一种超越Si 极限的功率器件材料。
SiC 中存在各种多种晶型，它们的物性值也各不相同。
其中，4H-SiC 最合适用于功率器件制作。
另外，SiC 是唯一能够热氧化形成SiO2 的化合物半导体，所以适合制备MOS 型功率器件。
2
功率器件的特征
SiC 的临界击穿场强是Si 的10 倍，因此与Si 器件相比，能够以具有更高。
SIC晶圆制造材料
SIC晶圆制造材料SIC晶圆制造材料SIC晶圆制造材料是一种具有高度稳定性和优异性能的半导体材料，广泛应用于电子、光电、光通信等领域。
在本文中，将对SIC晶圆制造材料的深度探讨进行分析，并分享对其的观点和理解。
一、介绍SIC晶圆制造材料1.1 简介SIC全名为碳化硅，是一种由碳和硅原料制成的化合物。
它具有高熔点、高硬度和高耐腐蚀性等特点，是一种理想的半导体材料。
SIC晶圆制造材料是以SIC为基础材料，通过特殊的生长工艺制备而成的。
1.2 特性SIC晶圆制造材料具有许多优异的特性。
SIC具有高温稳定性，可以在高温环境下工作，不易受热分解或氧化。
SIC晶圆具有高热导率和低热膨胀系数，能够有效地散热，提高器件的工作效率和可靠性。
SIC晶圆材料还具有优异的机械性能和化学稳定性，能够抵抗各种外界环境的侵蚀。
二、SIC晶圆制造材料的应用2.1 电子领域SIC晶圆制造材料在电子领域具有广泛的应用。
SIC晶圆可用于制造高功率和高频率的电子器件，如功率开关器件、超高压二极管和射频功率放大器等。
SIC晶圆材料还可以用于制造高温电子器件，如高温功率电子模块和高温传感器等。
另外，SIC晶圆还可以应用于制造紧凑型电子元件，如微型传感器和MEMS器件等。
2.2 光电领域SIC晶圆制造材料在光电领域也有广泛的应用。
SIC晶圆可以作为LED 的衬底材料，可提高LED器件的发光效率和可靠性。
SIC材料还可以用于制造高功率激光二极管，用于光通信和激光雷达等应用。
2.3 其他领域除了电子和光电领域，SIC晶圆制造材料还可以在其他领域得到应用。
在电力电子领域，SIC晶圆可以用于制造高温、高压和高功率的电力电子器件，如IGBT和MOSFET等。
SIC材料还具有较高的化学稳定性，可以用于制造耐腐蚀的传感器和阀门等。
三、对SIC晶圆制造材料的观点和理解针对SIC晶圆制造材料，我认为它具有巨大的市场潜力和发展前景。
SIC材料具有高度的稳定性和可靠性，能够满足高性能、高温度和高功率等特殊工作环境的要求。
sic碳化硅单晶的生长原理
sic碳化硅单晶的生长原理碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种优秀的半导体材料，具有高温、高电压和高频率特性，是发展功率电子和射频器件的重要材料之一。
为了研究和应用碳化硅，需要大量高质量的碳化硅单晶材料。
本文将介绍碳化硅单晶的生长原理。
碳化硅单晶的生长方法有多种，包括半导体硅碳在高温下热解生长、低压化学气相沉积（LPCVD）、物理气相沉积（PVD）等。
其中，半导体硅碳热解生长法是最常用的一种方法。
在半导体硅碳热解生长法中，首先需要将硅源和碳源混合，在高温下热解生成SiC原料。
硅源一般使用单质硅（Si），碳源可以选择甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）等有机碳源。
在反应室中，通过适当的比例和流量控制，将硅源和碳源送入到硅化炉中加热，使其发生化学反应。
在一定的温度、压力和气氛条件下，硅源和碳源会反应生成SiC颗粒。
随后，SiC颗粒在硅化炉中不断堆积并长大，最终形成大尺寸的碳化硅单晶。
这个过程中，需要控制温度、压力和气氛等参数，以及在硅化炉中添加合适的衬底材料，来保证单晶的高质量生长。
同时，还需要控制SiC颗粒的大小和生长速度，以获得均匀一致的单晶。
在生长过程中，热解生成的SiC颗粒会沉积在衬底上，并在衬底表面层层生长。
由于SiC的熔点较高（约为2700℃），温度通常要高于熔点，使其颗粒能够在固相状态下生长。
此外，还需要保持适当的压力，以避免颗粒聚集或散开过快。
碳化硅单晶的生长速度一般较慢，通常在0.1-1 mm/h之间。
为了获得大尺寸和高质量的单晶，需要进行多次生长和退火处理。
多次生长可以提高单晶的大小和质量，退火则可以消除生长过程中的缺陷和应力，使单晶更加完整和稳定。
总之，碳化硅单晶的生长是一个复杂的过程，涉及多个参数和控制条件。
通过适当的控制，可以获得大尺寸、高质量的碳化硅单晶，为碳化硅材料在功率电子和射频器件等领域的应用提供重要的支持。
碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种兼具较高导电性和较高耐高温特性的材料，因此在功率电子和高频电子器件领域有着广泛的应用前景。
浅析SiC材料特性及生长工艺
表１ Ｓ ｉ Ｃ与 Ｓ ｊ 和 Ｇａ Ａ ｓ的有关参数 的对 比
Ｓ ｉ Ｃ是一种 Ｉ ｖ ～ Ｉ ｖ族化合物半导体材料 ， 有２ ５ ０种同型异构体 ， 属于 ３种基本的结 晶学类型 ： 立方（ Ｃ） 、 六角 （ Ｈ） 、 菱形 （ Ｒ） 。其典 型 结构主要有两类 ：一类是立方 Ｓ ｉ Ｃ闪锌矿结构的晶型 ，称为 ３ Ｃ或 １ ３ 一 Ｓ ｉ Ｃ；另一 类是六角型或菱 形结构 ，其 中典 型的有 ６ Ｈ、 ４ Ｈ、 １ ５ Ｒ 等 ，统称为 ｏ Ｌ — Ｓ ｉ Ｃ 。不 同构型 的 Ｓ ｉ Ｃ原子的堆垛次序不 同， ３ Ｃ — Ｓ ｉ Ｃ 中原子 的堆垛次序为 Ａ Ｂ Ｃ Ａ Ｂ Ｃ Ａ …… ， ４ Ｈ的为 Ａ Ｂ Ａ Ｃ Ａ Ｂ Ａ Ｃ …… ， ６ Ｈ 的为 Ａ Ｂ Ｃ Ａ Ｃ Ｂ Ａ……，不 同的 同型异构体具有不 同光学性质和电学 性质 。 在 中 一 Ｓ ｉ Ｃ ，６ Ｈ— Ｓ ｉ Ｃ是最稳定的结构 。 在 Ｂ— Ｓ ｉ Ｃ中， 主要有 ３ Ｃ — Ｓ ｉ Ｃ 。常用 ３ Ｃ — Ｓ ｉ Ｃ制备高温 、高频和大功率器件，而用 ６ Ｈ— Ｓ ｉ Ｃ 制备 光电子学器件 。 表 １中列举 出来了硅 、 砷化镓 以及几种 Ｓ ｉ Ｃ常见 的同型异构体 等材料的性能参数 。 电子和空穴 的迁移率体现 了载流子 的漂移速 度， 这 决定性 的影响 到器 件 的功率 Ｆ Ｅ Ｔ的导通 电阻（ Ｒ ｏ ｎ ）、 微 波器 件跨 导以及 Ｆ Ｅ Ｔ的输 出增益等参数 。击穿电场很大程 度上决定了 器件 的传输能 力 ，而热扩散过程 中能量传递 的速 率 由热导 率来体 现， 决定 了器件获得恒定的 Ｄ Ｃ功率 的难易程度。Ｓ ｉ Ｃ具有非常高的 热导率 ， 并 且在 室温条件下各 种 同型异构 体的 Ｓ ｉ Ｃ基本 一致 ， 大约 为５ Ｗ／ ｃ ｍ・ Ｋ， 这个数值与许 多金属 的热导率相 比都还要高［ ２ １ 。 由表 １ 可见 ， Ｓ ｉ Ｃ与 ｓ ｉ 在很 多参数上具有很大 的不 同 ，主要表 现在 ： 禁 带宽度 比 ｓ ｉ 宽１ － ２ 倍， 饱 和电子速率 比 ｓ ｉ 高１ 倍， 热导率 比ｓ ｉ 高３ 倍 以上 ， 而击穿 电场更为 ｓ ｉ 的 ８倍。 如果我们需求 的半导 体器件具 有高频 、 大功率 、 耐高温 、 抗辐射 的性质 ， 那 么基 于上述 Ｓ ｉ Ｃ 的Ｊ 能情况使 我们选择 它用 于这类器件 ，作 为这类 器件 的主材料 ， 从而能够使这类器件运用到非常极端的环境中。 因此 Ｓ ｉ Ｃ是继 Ｓ ｉ 和 Ｇ ａ Ａ ｓ 之后 的优选 的第三代半导体 材料。
sic 器件结构解读
sic 器件结构解读
SiC（碳化硅）器件是一种广泛应用于高温、高功率和高频电子设备的半导体材料。
SiC器件的结构主要包括以下几个部分：
1. 基板：基板是SiC器件的基础，它承载着其他各个组件。
常见的基板类型有硅基板、碳化硅基板和氮化硅基板等。
2. 散热层：由于SiC材料的导热性能优异，散热层在器件结构中起到关键作用。
散热层可以帮助分散器件内部产生的热量，防止器件过热，保证其正常工作。
3. 绝缘层：绝缘层位于基板和散热层之间，主要用于隔离不同电位区域，防止电流泄漏。
常见的绝缘层材料有氧化铝、氮化硅等。
4. 导电层：导电层主要包括金属导电层和碳化硅导电层。
金属导电层主要用于连接器件的各个电极，而碳化硅导电层则可用于构建场效应晶体管（FET）等器件。
5. 电极：电极是SiC器件的关键部分，用于输入和输出电信号。
电极通常采用金属材料，如钨、钼等，以保证良好的导电性能。
6. 器件结构：SiC器件结构根据具体应用需求可以有很多种形式，如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、功率模块等。
这些结构通常包括多个半导体层，如n型层、p型层等，以及用于隔离和连接这些层的绝缘层和导电层。
总之，SiC器件结构主要包括基板、散热层、绝缘层、导电层、电极和根据应用定制的器件结构。
了解这些部分有助于我们更好地理解SiC器件的工作原理和性能优势。
碳化硅主要用途和场景
2、主要用途和前景碳化硅具有的良好特性，使其在高温、高频、大功率、高电压光电子及抗辐照等方面具有巨大的应用潜力。
（1）SiC器件在高温环境中的应用在航空航天和汽车设备中，电子器件经常要在高温下工作，如飞机发动机、汽车发动机、在太阳附近执行任务的航天器以及卫星中的高温设备等。
使用通常的Si或者GaAs器件，因为它们不能在很高的温度下工作，所以必须把这些器件放在低温环境中，这里有两种处理方法：一种是把这些器件放在远离高温的地方，然后通过引线和连接器将它们和所需控制的设备连接起来；另一种是把这些器件放在冷却盒中，然后放在高温环境下。
很明显，这两种方法都会增加额外的设备，增加了系统的质量，减小了系统可用的空间，使得系统的可靠性变差。
如果直接使用可以在高温下工作的器件，将可以消除这些问题。
SIC器件可以直接工作在3M—枷Y，而不用对高温环境进行冷却处理。
SiC电子产品和传感器能够被安装在炽热的飞机发动机内部和其表面上，在这种极端工作条件下它们仍然能够正常发挥功能，大大减轻了系统总质量并提高可靠性。
基于SiC器件的分布控制系统可以消除在传统的电子屏蔽控制系统中所用引线和连接器的90％，这一点极为重要，因为在当今的商用飞机中、引线和连接器问题是在停工检修时最经常遇到的问题。
根据美国空军的评估，在F—16战斗机中使用先进的SiC电子产品，将使该飞机的质量减轻几百公斤，工作性能和燃料效率得到提高，工作可靠性更高，维护费用和停工检修期大大减少。
同样，SiC电子器件和传感器也可以提高商用喷气客机的性能，据报测对每架客机附加的经济利润可以达到数百万美元。
同样，SiC高温电子传感器和电子设备在汽车发动机上的使用将能做到更好的燃烧监控与控制，可以使汽车的燃烧更清洁、效率更高、而且，SiC发动机电子控制系统在125°C以上也能很好地工作，这就减少了发动机隔箱内的引线和连接器的数量，提高汽车控制系统的长期可靠性。
现在的商用卫星需要散热器去驱散航天器电子器件所产生的热量，并且需要防护罩来保护航天器电子器件免受空间辐射的影响。
碳化硅模块应用领域及特点
碳化硅模块应用领域及特点碳化硅（SiC）是一种新型半导体材料，具有很高的电子能隙和热稳定性，被广泛应用于电力电子、汽车电子、光电子、通信等领域。
以下将详细介绍碳化硅模块的应用领域及特点。
碳化硅模块的应用领域：1. 电力电子应用：碳化硅模块在电力电子应用中具有重要地位。
由于碳化硅材料导电性能好、热导率高，碳化硅模块能够在高温环境下工作，适用于功率变换器、逆变器、电力调节器等电力电子设备。
此外，碳化硅模块的高频性能优异，适用于高频变压器、开关电源等应用。
2. 汽车电子应用：碳化硅模块在汽车电子领域的应用也日益增多。
碳化硅材料的高温稳定性使得碳化硅模块能够在汽车发动机控制、电动车驱动系统、车载充电桩等高温环境下工作。
此外，碳化硅模块体积小、重量轻，能够提高汽车整体能源利用效率。
3. 光电子应用：碳化硅模块在光电子领域的应用主要体现在LED照明、太阳能发电等方面。
碳化硅材料的性能使得碳化硅模块具有较高的辐射和光电转化效率，能够提供更高亮度的照明和更高效率的太阳能发电系统。
4. 通信应用：碳化硅模块在通信领域的应用主要体现在通信传输系统和信号处理系统。
碳化硅模块因其高功率和高频率特性，能够提供更高速度和更大容量的通信传输，同时还能够实现高精度的信号处理。
碳化硅模块的特点：1. 高温稳定性：碳化硅模块能够在高温环境下工作，其温度稳定性远远超过了传统的硅模块。
这使得碳化硅模块能够应用于各种高温场合，如汽车发动机控制、太阳能发电等。
2. 高功率密度：碳化硅模块具有较低的导通电阻和较高的电子能量饱和速度，能够实现更高的功率密度。
这使得碳化硅模块能够在相同空间尺寸下提供更高的功率输出，提高系统效率。
3. 快速开关速度：碳化硅模块的开关速度非常快，能够实现快速开关和逆变。
这对于电力电子设备来说非常重要，可以提高系统的响应速度和稳定性。
4. 较低损耗：碳化硅模块的导通电阻较小，能够降低能耗。
同时，碳化硅材料具有较高的能隙，使得碳化硅模块能够实现低反向导通损耗，提高整体能量转换效率。
电子设备行业深度研究：SiC：功率皇冠上的明珠，行业进入黄金期
[Table_Title]电子设备行业深度研究SiC：功率皇冠上的明珠，行业进入黄金期2021 年 12 月 20 日【投资要点】◆SiC高性能材料，适用于高压、高频场景。
与Si相交，SiC禁带宽度更大，热导率、击穿电厂强度更高，在高压高频等应用场景具有优势。
与SI器件相较，SiC器件的特性有1）耐高温，SiC器件的极限工作温度为600℃以上，Si器件不能超过300℃。
2）易散热，SiC材料的热导率是Si的2-3倍，因此SiC器件对散热设计的要求更低。
3）低损耗，相同规格下，SiC MOS的总能量损耗较Si IGBT降低70%。
4）可实现更高的工作频率。
因此SiC器件适用于高频率开关、650V-3.3kV 高压场景，目前制约SiC大规模应用的因素是价格，我们预计随着上游衬底产能逐步释放，良率提高，价格或将逐步降低。
◆SiC市场进入风口期。
根据Yole数据，全球SiC功率器件市场规模将从2019年的5.4亿美元增加至2025年的25.6亿美元，CAGR为30%，根据CASA Research数据，2020-2025年中国SiC、GaN电力电子器件市场规模CAGR为45%，新能源汽车和光伏储能是SiC功率器件增长的主要推动力。
补能焦虑是新能源汽车阿喀琉斯之踵，汽车800V高压平台技术逐渐冒尖，使用SiC的新能源汽车系统成本或与使用Si器件成本相差不大，因此我们认为汽车高压平台涌现促进SiC器件渗透率提升。
此外SiC器件能够促进能源高效转换，在光伏储能领域也起着至关重要作用，CASA预计至2025年光伏逆变器中SiC器件占比将提升至50%。
◆产能扩张+衬底尺寸扩大是未来的趋势。
SiC晶圆制造难度较大，全球SiC晶圆供给紧张，美国在SiC晶圆市占率较高，我们认为主因发达国家较早布局SiC晶圆片。
各国纷纷布局SiC产业，通过产能扩张和扩大衬底尺寸缓解产能紧平衡的状态，中国也在加大投资力度缩小与国外差距。
中国与全球在SiC产业的差距表现有：1）衬底：目前全球SiC衬底从6吋向8吋逐渐演变，中国SiC商业化衬底以4吋为主，正在逐步向6吋过渡。
碳化硅模块半桥和全桥
碳化硅模块半桥和全桥碳化硅（SiC）模块半桥和全桥：创新能源解决方案的未来引言：随着全球对清洁能源的需求不断增长，发展和运用高效率的能源转换技术已成为重要的研究方向。
碳化硅（SiC）模块是一种先进的功率半导体器件，它具有高温、高电压和高频率的操作能力，被广泛应用于能源转换系统中。
本文将深入探讨碳化硅模块中的半桥和全桥拓扑结构，探讨其特点、优势和应用领域。
一、碳化硅半桥模块的特点：1. 高温工作能力：碳化硅材料具有优异的耐高温性能，可以在高于200°C的环境下工作，相比于传统的硅模块，具有更高的可靠性和稳定性。
2. 低导通电阻：碳化硅模块具有低导通电阻的特点，可以降低能量损耗和系统发热，提高能源利用效率。
3. 高开关速度：碳化硅模块的切换速度远快于传统硅模块，可以实现更高的开关频率，在电力转换系统中实现更高的功率密度和更小尺寸的设计。
4. 低开关损耗：碳化硅半桥模块具有低开关损耗，可以减少系统能耗，提高效率。
二、碳化硅半桥模块的应用领域：1. 新能源发电系统：碳化硅模块在太阳能和风能发电系统中具有广泛应用。
其高温工作能力和低导通电阻可以提高能源转化效率，同时其高开关速度可支持高频率变换。
2. 电动车辆：碳化硅模块在电动车辆中的应用正在得到越来越多的关注。
其高温工作能力和低开关损耗，使其成为高效率、高性能驱动系统的理想选择。
3. 工业电力系统：碳化硅模块在工业电力变换系统中的应用可以实现更高的能源转换效率，并减少系统的体积和重量。
4. 航空航天领域：碳化硅模块的高温工作能力和低导通电阻使其成为航空航天电力系统中的重要组成部分，可以提高系统的可靠性和效率。
三、碳化硅全桥模块的特点和应用：1. 高电压能力：碳化硅全桥模块可以支持更高的电压范围，使其在直流-交流逆变器、频率变换器和电网连接系统等高压环境中具有广泛应用。
2. 高耐受电压能力：碳化硅全桥模块的耐受电压能力较高，能够应对复杂的电力系统中的电压浪涌和尖峰。
sic-mosfet的应用实例
一、SIC-MOSFET 的基本概念和特点1. 引言：介绍SIC-MOSFET的基本概念和特点2. SIC-MOSFET的结构和工作原理3. SIC-MOSFET的优点和特性二、SIC-MOSFET 在新能源领域的应用1. SIC-MOSFET在光伏逆变器中的应用2. SIC-MOSFET在风能转换系统中的应用3. SIC-MOSFET在电动车充放电系统中的应用三、SIC-MOSFET 在工业控制领域的应用1. SIC-MOSFET在电力变频调速系统中的应用2. SIC-MOSFET在工业电炉控制系统中的应用3. SIC-MOSFET在工业自动化生产线中的应用四、SIC-MOSFET 在电力电子领域的应用1. SIC-MOSFET在高压直流输电系统中的应用2. SIC-MOSFET在不间断电源系统中的应用3. SIC-MOSFET在电网稳定控制系统中的应用五、SIC-MOSFET 的市场现状和未来发展趋势1. SIC-MOSFET的市场现状及发展前景2. SIC-MOSFET在新兴领域的应用前景展望3. SIC-MOSFET技术的持续创新和发展方向六、结语以上是文章的基本结构，你可以在此基础上添加详细的内容，例如SIC-MOSFET的历史发展、技术参数、特殊应用场景等，以便使文章更加充实和详尽。
SIC-MOSFET（硅碳化物金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种新型的功率半导体器件，具有高温、高频、高功率特性，广泛应用于新能源、工业控制和电力电子等领域。
本文将着重介绍SIC-MOSFET的基本概念和特点，以及在各个领域的具体应用。
一、SIC-MOSFET 的基本概念和特点1. 引言SIC-MOSFET是一种基于碳化硅（SiC）材料制备的金属氧化物半导体场效应晶体管，相比传统的硅（Si）MOSFET具有更好的性能指标和工作特性。
2. SIC-MOSFET的结构和工作原理SIC-MOSFET的结构包括栅极、漏极和源极，其中栅极通过栅极氧化层与碳化硅表面隔离，漏极和源极在碳化硅基底上形成P-N结。
SiC功率半导体器件的优势及发展前景
SiC功率半导体器件的优势及发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新型的高性能功率电子元件，具有很多优势和发展前景。
本文将从四个方面分析SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
一、优势：1.高温特性：SiC功率半导体器件具有很高的耐高温能力，能够在高温环境下工作。
其工作温度可以达到600摄氏度以上，相对于传统的硅功率器件，SiC器件能够在更苛刻的工作条件下稳定工作，提高了系统的可靠性和稳定性。
2.高电压特性：SiC器件具有更高的击穿电压，相对于硅材料的400伏特击穿电压，SiC材料的击穿电压可以达到数千伏甚至更高。
这意味着同样体积和尺寸下，SiC器件能够承受更高的电压，提供更大的功率输出，满足更高需求的电力系统。
3.低导通和开关损耗：SiC功率器件的导通和开关损耗比传统硅功率器件更低。
SiC材料的特殊结构和载流子迁移特性使得SiC功率器件具有更低的导通电阻和开关电阻，减少了功率损耗和热量产生，提高了能源的利用率。
4.高频操作能力：SiC器件具有更高的频率应用能力。
由于SiC材料的载流子迁移速度较高，SiC功率器件可以在更高的频率下工作，实现更高的开关频率和更快的开关速度。
这使得SiC器件在电力电子转换器和无线通信系统等领域具有广泛的应用前景。
二、发展前景：1.新能源行业：随着新能源行业的快速发展，对功率半导体器件的需求也在不断增加。
SiC功率器件具有高温、高频等特性，能够应对新能源系统的高温环境和高频率要求，因此在太阳能发电、风能发电和电动交通等领域有很好的应用前景。
2.电动汽车：SiC功率器件在电动汽车的应用前景广阔。
电动汽车对功率器件的高频、高温能力要求较高，而SiC器件具有这些优势，可以提高电动汽车的能效和驱动系统的稳定性。
3.工业控制：SiC功率器件在工业控制领域也有广泛的应用前景。
工业控制系统对功率器件的可靠性和稳定性要求较高，而SiC器件的高温、高压、低损耗特性能够满足这些要求。
碳化硅晶体的特点
碳化硅晶体的特点碳化硅（SiC）晶体作为一种广泛应用于电子、光电和功率电子领域的材料，在近年来受到了越来越多的关注。
其独特的特点使其在高温、高频和高电压等极端环境下表现出色。
下面，我将为你深入探讨碳化硅晶体的特点。
1. 高热导率和导电性能：碳化硅晶体具有极高的热导率和导电性能，比常见的半导体材料如硅和镓更高。
这使得碳化硅晶体在高功率应用中能够更高效地散热，保持器件的稳定工作。
其导电性能也使得碳化硅晶体成为高压和高频电子器件的理想选择。
2. 宽禁带宽度：碳化硅晶体具有较大的带隙能量，通常在2.2至3.5电子伏特之间，比硅材料的1.1电子伏特要大。
这意味着碳化硅晶体在高温和高电压环境下表现出更好的电学性能，能够实现更高的工作温度和电压容忍度。
3. 高耐热性：碳化硅晶体具有出色的耐热性能，能够在极端高温环境中稳定工作。
相比之下，传统的硅材料在高温下容易发生退化和损坏。
这使得碳化硅晶体在航空航天、汽车电子和高温工业应用中具有广泛的应用前景。
4. 高抗辐照性：碳化硅晶体对辐照的抗性较强，能够在高剂量辐射环境下保持稳定的性能。
这使得碳化硅晶体在核能、高能物理实验和宇航领域中具有重要的应用潜力。
5. 宽频响应范围：碳化硅晶体具有良好的高频特性，能够在高频率下工作。
这使得碳化硅晶体成为射频和微波电子器件的理想选择，特别是在无线通信和雷达系统中。
6. 高电场饱和速度：碳化硅晶体具有较高的电场饱和速度，能够在高电场下保持较高的运动载流子浓度。
这使得碳化硅晶体在高电压应用中表现出更好的性能，适用于功率电子器件。
总结回顾：碳化硅晶体作为一种具有独特特点的材料，在高温、高频和高电压等极端环境下表现出色。
它具有高热导率和导电性能、宽禁带宽度、耐热性、抗辐照性、宽频响应范围以及高电场饱和速度等特点。
这些优势使得碳化硅晶体成为电子、光电和功率电子领域的重要材料，并且在未来的发展中具有广阔的应用前景。
观点和理解：从我对碳化硅晶体的研究和了解中，我认为它具有独特的特点，能够应对各种极端环境下的需求。
高温SiC器件的特性及发展
不仅需要器件可以耐高温，还需要防止器件由于温度循环造成过早老化失效
……
T>225℃
推进器中靠近执行部件的 控制单元
金星表面T>460℃
湖南大学超大功率半导体研究中心
月球表面T约127℃ 且昼夜温差极大
瑞典皇家理工 学院（KTH）导体研究中心
功率集成方面
功率器件 驱动电路 保护电路 接口电路 外围电路
高压功率集成电路(HVIC)
PIC电路
智能功率集成电路(SPIC) 智能功率模块(IPM)
用户专用智能功率模块(ASPM)
湖南大学超大功率半导体研究中心
2011 2012
Transistors per IC
10
2013 2014 2015 2016
100
SiC集成电路的发展
1000
2017
（NASA 2014）
数字与非门差分模拟放大器
运算放大器/AD转换器/多路复用器
微控制器
~Apollo 制导计算机 水平的集成(mid 1960's)
SiC动态压力传感器用的放大器 （Supersonics/ERA)
高温应用需求与挑战
II. 能源发展
深度地层空间石油、天然气勘测和开采（超过7000米的地层，温度超过175℃） 核能，在核反应堆冷却剂出口附近的温度可高达700~800℃ 地热能， 研究表明200~400℃的地热可以直接用来发电，有望改善能源结构
……
T>175℃
T可达700℃以上
T>200℃
湖南大学超大功率半导体研究中心
sic高温下阈值电压
sic高温下阈值电压
在高温条件下，电子器件的阈值电压是一个十分关键的参数。
阈值电压是指在MOS（金属-氧化物-半导体）器件中，控制栅极电压等于漏极电压时，沟道中形成的电子浓度达到临界值，从而开启电流通道的电压。
高温环境下，阈值电压的变化对电子器件的性能和可靠性有着重要影响。
高温会引起电子器件中的材料膨胀和晶格结构的变化。
这些变化会导致沟道长度和宽度的变化，从而改变了沟道中的电子浓度。
这种变化会影响到阈值电压的大小。
一般来说，高温环境下，材料的膨胀系数会增大，导致沟道长度和宽度的增加，进而使阈值电压升高。
高温还会引起材料中的电子和杂质的扩散。
这种扩散会改变沟道中的电子浓度分布，进而影响到阈值电压的大小。
一般来说，高温会加速电子和杂质的扩散速度，使得电子浓度在沟道中变得更为均匀，从而使阈值电压升高。
高温还会导致材料中的载流子的散射增加。
这种散射会改变沟道中的电子迁移率，进而影响到阈值电压的大小。
一般来说，高温会增加载流子与杂质、晶格缺陷等之间的相互作用，使得电子迁移率降低，从而使阈值电压升高。
高温环境下，阈值电压会发生变化，这是由于材料膨胀、电子和杂质扩散以及载流子散射等因素的综合作用所致。
因此，在设计和应
用高温电子器件时，需要考虑到阈值电压的变化，以保证器件的性能和可靠性。
同时，对于高温环境下的阈值电压的研究，也有助于进一步理解和优化电子器件的工作机制。
sic短路最高结温
sic短路最高结温一、引言随着科技的不断进步，碳化硅（SiC）作为一种优秀的半导体材料，在电力电子、高温和高速等应用领域具有广阔的应用前景。
然而，SiC 的物理特性和化学性质也使其在高温下容易出现短路现象。
因此，研究SiC在短路条件下的最高结温具有重要的实际意义。
二、SiC的物理特性和化学性质SiC是一种宽禁带的半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高电子饱和迁移速率等优异性能。
然而，SiC的化学稳定性较差，容易受到环境的影响，在高温下容易发生氧化和腐蚀。
此外，SiC的导热性能较差，使得热量容易积累，进一步加剧了短路问题。
三、SiC短路现象的分析当SiC在工作中发生短路时，电流迅速增加，温度急剧升高。
这个高温不仅会损坏器件本身，还可能引发周围其他材料的热失控，从而造成整个系统的失效。
因此，了解SiC在短路条件下的最高结温具有重要的实际意义。
四、实验方法与结果分析为了研究SiC在短路条件下的最高结温，我们设计了一系列实验。
在实验中，我们将SiC器件置于高温环境中，并对其施加电流以模拟短路情况。
通过实时监测器件的温度变化，我们得到了SiC在短路条件下的最高结温数据。
实验结果表明，SiC在短路条件下的最高结温可达1200℃以上。
五、结论本研究表明，SiC在短路条件下的最高结温可达1200℃以上。
这一发现对于理解和优化SiC器件的工作性能具有重要的意义。
同时，也为进一步研究SiC在高温、高电流条件下的行为提供了重要的参考数据。
在实际应用中，应充分考虑SiC的这一特性，采取有效的散热措施和保护措施，以避免因短路造成的高温损坏。
六、展望尽管我们对SiC在短路条件下的最高结温有了一定的了解，但仍有许多问题需要进一步研究。
例如，不同材料的接触对SiC短路最高结温的影响、不同工作环境下SiC的稳定性等。
此外，如何提高SiC器件的散热性能和耐高温性能也是值得深入研究的课题。
希望未来的研究能为我们提供更多关于SiC在高温、高电流条件下行为的信息，为SiC 的应用提供更坚实的基础。
碳化硅 超结
碳化硅超结简介碳化硅超结是一种基于碳化硅材料的半导体器件结构，具有优异的高温、高电压和高频特性。
碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体材料，其特殊的物理和化学性质使得碳化硅超结在电力电子、无线通信和光电子等领域具有广泛的应用前景。
碳化硅的优势1. 高温特性碳化硅具有出色的高温特性，其热稳定性和耐辐射性能远远超过了传统的硅材料。
在高温环境下，碳化硅超结能够保持良好的电性能，不易发生漏电和击穿等问题。
这使得碳化硅超结在航空航天、核能和汽车电子等领域得到广泛应用。
2. 高电压特性碳化硅超结具有较高的击穿电压和较低的漏电电流，使其适用于高压电力电子设备的制造。
相比传统的硅材料，碳化硅超结能够承受更高的电压，同时减少能量损耗和热量产生，提高电子设备的效率和可靠性。
3. 高频特性由于碳化硅的高电子迁移率和高饱和电子漂移速度，碳化硅超结具有较高的开关速度和更低的导通电阻。
这使得碳化硅超结在高频电子设备中表现出色，能够实现更高的工作频率和更快的信号传输速度。
碳化硅超结的结构碳化硅超结通常由碳化硅P型层、碳化硅N型层和中间的超结层构成。
其中，超结层是由P型和N型材料交替堆叠而成，形成PN结构。
这种结构使得碳化硅超结具有更低的漏电流和更高的击穿电压。
碳化硅超结的应用1. 电力电子碳化硅超结在电力电子领域具有广泛的应用。
由于其高温和高电压特性，碳化硅超结可用于制造高效、高可靠性的功率开关器件，如碳化硅二极管和碳化硅MOSFET。
这些器件可以减少能量损耗和体积，提高电力转换效率。
2. 无线通信碳化硅超结在无线通信领域也有重要的应用。
由于其高频特性，碳化硅超结可用于制造高速、高频率的射频功率放大器和射频开关。
这些器件可以提高无线通信设备的工作频率和传输速度，满足日益增长的数据传输需求。
3. 光电子碳化硅超结在光电子领域也有潜在的应用。
由于其宽带隙特性，碳化硅超结可以用于制造高性能的光电器件，如光电二极管和激光二极管。
这些器件可以实现高效能量转换和高速光通信，推动光电子技术的发展。
sioc碳氧化硅
sioc碳氧化硅
摘要：
1.SiC 碳氧化硅的概述
2.SiC 碳氧化硅的特性与应用
3.SiC 碳氧化硅的发展前景
正文：
1.SiC 碳氧化硅的概述
SiC 碳氧化硅，又称碳化硅，是一种无机非晶固体材料。
它是由硅和碳两种元素组成的化合物，具有很高的熔点、硬度大、热稳定性好、抗氧化性强等优点。
由于这些特性，SiC 碳氧化硅被广泛应用于工业生产、科研等领域。
2.SiC 碳氧化硅的特性与应用
（1）高熔点：SiC 碳氧化硅的熔点高达2700 摄氏度，这一特性使其在高温环境下具有很好的稳定性。
因此，SiC 碳氧化硅常被用于制造高温炉、窑炉等设备。
（2）硬度大：SiC 碳氧化硅的硬度极高，其硬度仅次于金刚石。
这使得SiC 碳氧化硅可以作为耐磨材料，应用于砂轮、磨料、切割工具等。
（3）热稳定性好：SiC 碳氧化硅在高温下不易发生相变，具有很好的热稳定性。
因此，SiC 碳氧化硅被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
（4）抗氧化性强：SiC 碳氧化硅具有很强的抗氧化性，可在氧化性环境中保持其性能不变。
这使得SiC 碳氧化硅在化工、石油、冶金等行业具有广泛的应用。
（5）电学性能：SiC 碳氧化硅具有优良的电学性能，其击穿电场高、耐电压强度大。
因此，SiC 碳氧化硅被广泛应用于高压绝缘子、电弧炉等设备。
3.SiC 碳氧化硅的发展前景
随着科技的发展，SiC 碳氧化硅在各个领域的应用将越来越广泛。
未来，SiC 碳氧化硅的生产技术和应用领域将不断拓展，为社会经济发展提供有力支持。
碳化硅电阻与温度的关系
碳化硅电阻与温度的关系引言：碳化硅（SiC）是一种具有高熔点、高硬度和高导热性能的材料，广泛应用于电子器件和电路中。
电阻是电子器件中常见的一种元件，其电阻值通常与温度有关。
本文将探讨碳化硅电阻与温度的关系。
I. 碳化硅电阻的基本原理碳化硅电阻是通过在碳化硅材料中掺杂不同的杂质来实现的。
这些杂质会影响电阻的电导率。
在常温下，碳化硅电阻的电导率较低，电阻值较大。
随着温度的升高，碳化硅中的电子和空穴激发增多，导致电导率提高，电阻值减小。
II. 碳化硅电阻的温度系数温度系数是衡量电阻值随温度变化的程度的指标。
对于碳化硅电阻而言，温度系数通常是负值，即电阻值随温度升高而减小。
这是因为随着温度的升高，碳化硅中的杂质浓度和电子激发增加，导致电导率增加，从而降低了电阻值。
III. 碳化硅电阻的温度特性碳化硅电阻的温度特性是指电阻值随温度变化的规律。
在常温范围内，碳化硅电阻的温度特性可以近似为线性。
即在一定温度范围内，电阻值与温度成正比。
然而，随着温度的进一步升高，电阻值的变化趋势可能变得非线性。
这是因为在高温下，碳化硅电阻中的电子和空穴激发程度已经达到饱和，不再随温度升高而增加。
IV. 碳化硅电阻的应用由于碳化硅电阻具有良好的耐高温性能和稳定的温度特性，因此在高温环境下的电子器件中得到广泛应用。
例如，碳化硅电阻可以用于温度传感器、热敏电阻以及功率电子器件的保护电路中。
碳化硅电阻还可以用于高温热电偶的补偿电阻，以提高热电偶的测量准确性。
V. 碳化硅电阻的注意事项在使用碳化硅电阻时，需要注意以下几点：1. 温度范围：碳化硅电阻的温度特性通常在一定范围内有效，超出该范围可能导致测量不准确或电阻器损坏。
2. 温度梯度：在高温环境下，电阻器的温度梯度应尽量小，以避免热应力对电阻器的影响。
3. 热量散失：在高温环境下，碳化硅电阻可能会产生较大的热量，需要合理设计散热系统，以保证电阻器的正常工作。
结论：碳化硅电阻与温度呈负相关关系，随着温度的升高，电阻值减小。
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高温应用需求与挑战
应用需求：
工作在更极端的高温环境 系统具有长期的高可靠性 系统趋于小型化、轻量化
现有解决方案及其不足：
高温隔离 附加冷却系统
增加了系统的体积/重量/成本/复杂性 降低了整个系统的可靠性
飞机发动机控制系统
未来解决方案：
提高半导体器件的高温承受能力和极端环境下的可靠性
功率集成方面
功率集成技术的优势十分明显，但由于技术难度大，在单片集成方面尚未发现 基于SiC材料的高温单片集成电路的报道，但在封装集成方面，AgileSwitch、TI等 公司已经报道了基于SiC功率器件的IPM产品。 2016年AgileSwitch公司报道了适用于罗姆公司SiC MOSFET模块的智能驱动产品 并展示了SiC IPM产品，可在225º C高温下工作多久？
小结
航空航天、石油天然气勘探、交通运输等行业未来发展迫切需要高温SiC器件 高温SiC器件的发展需要从多个方面开展 高温封装是耐高温SiC器件发展的瓶颈
湖南大学超大功率半导体研究中心
600-1700V商用高温器件最高耐受温度（℃）对比
SOI IC
Si IGBT Si MOSFET SiC JFET
SiC MOSFET
SiC BJT
SiC JFET(Infeneon)
SiC MOSFET (Microsemi)
湖南大学超大功率半导体研究中心
SiC BJT(GeneSiC)
发展现状
瑞典皇家理工 学院（KTH） 报道的4H-SiC 驱动集成电路
湖南大学超大功率半导体研究中心
功率集成方面
功率器件
高压功率集成电路(HVIC)
驱动电路 智能功率集成电路(SPIC) 保护电路
PIC电路
智能功率模块(IPM)
接口电路
外围电路
用户专用智能功率模块(ASPM)
湖南大学超大功率半导体研究中心
湖南大学超大功率半导体研究中心
分立器件——BJT
在高温SiC BJT的研发方面，瑞典皇家理工学院（KTH）的研究水平较高，已经 报道了耐500℃的SiC BJT器件。
（KTH）
产品化方面： 美国CeneSiC公司公布了耐高温210℃的商用SiC BJT产品
湖南大学超大功率半导体研究中心
发展现状 —— IC
高温条件下SiC功率器件的可靠性分析
分析不同SiC 功率器件的短路能力、性能退化等可靠性问题
高温SiC器件的应用研究
研究基于SiC器件的变换器在高温环境下的性能
基于SiC BJT的功率集成技术研究
（1） 研究功率集成的工艺
（2） 分析功率集成系统中功率器件和信号器件的耦合影响机理
湖南大学超大功率半导体研究中心
SiC动态压力传感器用的放大器 （Supersonics/ERA) 500℃ demo 电力电缆上传感器信号传输用的数字电子芯片 500℃ demo 推进器监测用无线电容式压力传感器(VSST） 500℃ demo 金星地震检波器(PIDDP) 第一台微处理器 水平的集成 (Intel 4004,relesed 1971)
碳化硅电子的支撑技术:
- 金属-SiC接触 - 高温封装 - SiC 晶体管设计（JFET) 多层互连结构: - 保角金属层 - 高温绝缘层 - 增强电路密度 - 增加可靠性和产量 - 减少晶体缺陷
湖南大学超大功率半导体研究中心
IC芯片——JFET
采用SiC JFET制作高温IC的代表性研究进展：
3-Stage 振荡器，集成12个JFET和6个I/O
湖南大学超大功率半导体研究中心
IC芯片——MOSFET/MESFET
早期，普渡大学、巴塞罗那自治大学、通用电气等采用MOSFET或MESFET来制作 高温的IC并取得了一定的成果：
2007年普渡大学报道了可工作在500℃高温下SiC MESFET ICs，但是其肖特基接
地下钻探作业
湖南大学超大功率半导体研究中心
高温应用需求与挑战
10
15
本征载流子浓度/cm-3
10
10
4H-SiC Si
10
5
高频 高功率密度
10
0
10
-5
抗辐照强
耐高温
10
-10
300
350
400
450
500
550
600
650
700
温度/K
湖南大学超大功率半导体研究中心
高温应用需求与挑战
250 200 150 100
湖南大学超大功率半导体研究中心
应用
Si ICs方面： CISSOID公司研发了耐175℃高温集成电路产品，开关频率达100kHz Linear公司研发了40V/2A DC/DC变换器，耐150℃，效率达到95%
湖南大学超大功率半导体研究中心
21 /26
应用
SiC方面：
2006年美国宇航局报道了100W SiC JFET DC/DC变换器，温度可达415℃ 2008年S.K. Mazumder等人报道了SiC JFET DC/DC变换器，可工作在200℃下， 开关频率 250K 功率5kW (2 个模块)，效率达到95％ 2012年Hiroyuki Kosai等人提出SIC JFET 升压转换器100 V/270 V，开关频率 74 kHz,功率2 kW, 在200摄氏度下效率达90％
湖南大学超大功率半导体研究中心
分立器件——JFET
（NASA Glenn Reserch Center）
目前，高温SiC JFET的研发主要针对航天领域，如欧美的金星计划（金星表面温度为 462℃），研究结构包括美国航空航天局格伦研究中心、罗格斯大学和凯撒西储大学 等，报道的SiC JFET在460℃条件下可工作521小时，或在727℃时工作25小时。
的驱动损耗，但可靠性较高。目前是以欧洲瑞典皇家理工学院（KTH）为主的
研究机构的研究对象；
[1] G. T. D. L. Yu, K. S. Matocha, K. P. Cheung, J. S. Suehle, and K. Sheng, "Reliability Issues of SiC MOSFETs: A Technology for High-Temperature Environments," IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, vol. 10, pp. 418-426, Dec. 2010
高温SiC 器件的特性及发展
王俊
湖南大学超大功率半导体研究中心
湖南大学超大功率半导体研究中心
目录
1 2 3 4
高温应用需求与挑战 高温SiC器件的特性及发展 思考和展望
小结
湖南大学超大功率半导体研究中心
高温应用需求与挑战
I.
航空航天和太空探索
飞行器：多电/全电系统逐步应用，部分控制器需长期可靠工作在高达225℃ 的条件下 金星计划：探测设备需耐受金星表面高达460℃的温度 探月工程：月球白天表面温度达127℃，夜晚温度低至 -153℃，极大的温差 不仅需要器件可以耐高温，还需要防止器件由于温度循环造成过早老化失效
基于第三代导体材料SiC和GaN的功率集成技术是目前国际上耐高温、小型化和 高效电能变换研究领域的主流趋势。
湖南大学超大功率半导体研究中心
封装
2012年NASA报道的一种SiC JFET封装可在500℃下可工作521小时；
2016年NASA报道的SiC JFET新型封装可在700℃下工作143.5小时。
湖南大学超大功率半导体研究中心SiC MESFET IC
IC芯片——BJT
BJT器件在高温方面具有明显的优势，是高温应用中的少有的可行选择，关于SiC BJT的
研究近年来包括KTH、普渡大学等科研单位取得了很大的进展：
2013年报道的SiC ECL的BJT OR/NOR逻辑电路在500℃下可正常工作； 2015年报道的SiC BJT集成线性稳压器可工作在25℃~500℃，可输出15V电压 2016年KTH报道的8位D/A转换器可工作在500℃，其测量稳定时间仅为5.5us。
2011
Transistors per IC
2012
10
2013
2014
100
2015
2016
1000
2017
（NASA 2014）
微控制器 500℃ demo
SiC集成电路的发展
数字与非门差分模拟放大器 运算放大器/AD转换器/多路复用器
~Apollo 制导计算机 水平的集成(mid 1960's)
T>175℃
T可达700℃以上
T>200℃
能源是人类社会赖以生存和发展的基石，面对全球能源逐步枯竭的现状，研究如何 在更复杂的环境和条件下开采深度地层空间能源和发展可持续能源是一项重大课题。
湖南大学超大功率半导体研究中心
高温应用需求与挑战
III. 混合动力汽车
新型的混合动力汽车在节能减排方面有巨大的优势，但其电动系统部分的温 度很多都在150℃以上，目前的半导体器件难以长期稳定工作在这种高温环境中， 因此，电动汽车产业的发展亟需耐高温的半导体器件的支持。
IC芯片
分立器件
湖南大学超大功率半导体研究中心
计划开展的工作
高温SiC BJT功率器件的设计与研制
（1）高温SiC BJT的元胞优化 （2）适用于高温条件的金属-半导体欧姆接触 （3）流片研制（进行中）
宽温度范围的SiC BJT建模
建立了适用于25℃~210℃的SiC BJT SPICE模型