功率半导体的革命：SiC与GaN的共舞
功率器件的演变
在每个功率级（发电、配电、转换和消耗）所能达到 们需要根据需求去定制。
的能效将决定整个电力基础设施的负担增加程度。在
目 前， 功 率 开 关 有 几 种 不 同 的 选 择。 功 率
每个功率级，能效低会导致产生热量，这是主要的副 MOSFET 是最基本的器件，多用于击穿电压低于 200
产物。通常，消除热量或以其他方式处理热量需要消 V 的应用。超级结 MOSFET 是它的延伸，旨在实现更
可避免产生大量的热量。
这可直接转化为电源中更小的无源、磁性元件。另一
功率半导体的不断发展在很大程度上是由终端市 个优势是其相对没有反向恢复电流，能在各种电源拓
场的需求驱动的。如今，所有垂直行业、市场或应用 扑结构中代替二极管，这不仅提高了整体能效，而且
都有其特定的功率需求。即使在近期，这些不同的需 有可能实现全新的架构。
2 结束语
电子行业很清楚，能量转换始终会以热的形式产 生一定程度的损耗。然而，更高效的功率半导体的不 断发展正使逆变器和转换器的开关损耗接近绝对最 小。现在，在所有应用中都需要更多含量的功率半导 体及持续的更高能效。有利的是，安森美半导体在赋 能技术的持续投资使之处于有利地位，可很好地满足 这一需求。
IoT 无疑将带来大量的新设备，但实际上，有更 多的设备已经投入使用并消耗电力，还有相当数量的 设备正在开发或生产。虽然不是所有这些设备都将联 接到全球数据网络，但它们将以某种方式成为国家电 力网络的负荷。这些设备中的每一个所表现出的低能
功率半导体的发展
功率半导体的发展功率半导体最早的发展可以追溯到20世纪50年代末，当时主要是采用二极管和晶闸管进行功率控制和转换。
然而，二极管具有导通和关断功能，但不能实现可控的电流和电压，而晶闸管虽然可以实现电流和电压的控制，但是其调节精度和速度都较低。
因此，为了满足工业和民用电器对功率控制的要求，人们迫切需要一种能够实现高密度和高效率功率控制的新型半导体器件。
1960年代，随着功率场效应晶体管（MOSFET）和摩尔电晕二极管（MCT）的发明，功率半导体迎来了一个重要的发展阶段。
功率MOSFET具有电压驱动能力强、开关速度快、导通电阻低等特点，成为当时功率半导体领域的重要代表之一、而MCT则具有双向导电特性，可与晶闸管相比实现更高效率的功率控制。
这两种器件的出现，为功率半导体的广泛应用奠定了基础。
到了20世纪70年代，silicon controlled rectifier（SCR）和power BJT等器件的出现进一步推动了功率半导体的发展。
SCR具有双向导电性和可控性，广泛应用在电力系统中，如调压和调频设备。
而power BJT则具有高电流承受能力和高频特性，适用于高频功率放大等领域。
进入20世纪80年代，随着各项电子技术的快速发展，功率半导体也逐渐进入了一个新的阶段。
功率MOSFET和IGBT等器件开始得到广泛应用。
功率MOSFET以其快速开关速度、低导通电压降等优点，成为交流、直流电源的重要开关元件。
IGBT则结合了功率MOSFET的低导通电压降和晶闸管的高控制性能，更适用于大功率、高压的应用。
到了21世纪，功率半导体的发展进入了一个全新的阶段。
随着可再生能源（如太阳能、风能等）的快速发展和电动汽车的普及，功率半导体需要更高的性能和可靠性。
新材料的应用，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），使得功率半导体能够应对更高的电压、温度等工作环境。
这些新材料的应用，使功率半导体能够实现更高效的能量转换，同时减少了功率器件的体积和重量。
第三代半导体材料双雄并立,难分高下
第三代半导体材料双雄并立，难分高下作者：来源：《今日电子》2013年第01期进入21世纪以来，随着摩尔定律的失效大限日益临近，寻找半导体硅材料替代品的任务变得非常紧迫。
在多位选手轮番登场后，有两位脱颖而出，它们就是氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）——并称为第三代半导体材料的双雄。
SiC早在1842年就被发现了，但直到1955年，才有生产高品质碳化硅的方法出现；到了1987年，商业化生产的SiC进入市场；进入21世纪后，SiC的商业应用才算全面铺开。
相对于Si，SiC的优点很多：有10倍的电场强度，高3倍的热导率，宽3倍禁带宽度，高一倍的饱和漂移速度。
因为这些特点，用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下。
微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。
42GHz频率的SiCMESFET，用在了军用相控阵雷达、通信广播系统中，用SiC作为衬底的高亮度蓝光LED则是全彩色大面积显示屏的关键器件。
现在，SiC材料正在大举进入功率半导体领域。
一些知名的半导体器件厂商，如ROHM，英飞凌，Cree，飞兆等都在开发自己的SiC功率器件。
英飞凌公司在今年推出了第五代SiC肖特基势垒二极管，其结合了第三代产品的低容性电荷（Qc）值与第二代产品的正向电压（Vf）水平相结合，使PFC电路达到最高效率水平，击穿电压则达到了650V。
飞兆半导体发布了SiCBJT，其实现了1200V的耐压，传到和开关损耗相对于传统的Si器件降低了30%～50%，从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。
ROHM公司则推出了1200V的第二代SiC制MOSFET产品，其实现了SiC-SBD与SiC-MOSFET的一体化封装，与Si-IGBT相比，工作损耗降低了70%，并可达到50kHz以上的开关频率。
值得一提的是，IGBT的驱动比较复杂，如果使用SiC基的MOSFET，则能使系统开发的难度大为降低。
现在，SiC的市场颇为看好，根据预测，到2022年，其市场规模将达到40亿美元，年平均复合增长率可达到45%。
功率半导体器件发展概述
功率半导体器件发展概述功率半导体器件是指能够承受较高电流和电压的半导体器件。
它们广泛应用于电力电子、汽车电子、航天航空等领域，具有高效率、小体积、轻量化等优势，对能源的高效利用和环境保护具有重要作用。
下面将对功率半导体器件的发展历程进行概述。
20世纪40年代，晶体管的发明和发展催生了功率半导体器件的诞生。
最早的功率半导体器件是由晶体管和二极管组成的，如功率晶体三极管和功率二极管。
这些器件应用于通信、电视、广播等领域，开启了功率半导体器件的发展之路。
20世纪50年代，随着半导体材料和制造工艺的不断改进，出现了一系列新型功率半导体器件，如功率MOSFET、功率势控晶体管（SCR）等。
这些器件具有更高的电压、电流承受能力，广泛应用于电力电子和工业自动化控制系统。
20世纪60年代至70年代，随着功率电子技术的进一步发展，功率半导体器件的性能得到了进一步提升。
功率MOSFET得到了广泛应用，功率MOSFET的开关速度和导通电阻都有很大改进，使其在高频率开关电源和高速交流电机等应用中具有重要作用。
此外，绝缘栅双极晶体管（IGBT）也成为功率半导体器件的重要代表，它结合了功率MOSFET和功率BJT的优点，具有低导通压降和高开关速度等优势，被广泛应用于交流变频调速系统。
20世纪80年代至90年代，功率半导体器件的发展受到了电子信息技术快速发展的推动。
新型器件的不断涌现，如GTO（大功率双极晶闸管）、SIT（静电感应晶体管）、电流模式控制晶闸管（IGCT）等，使得功率半导体器件在电动车、电力系统和工业自动化等领域得到了广泛应用。
进入21世纪以来，功率半导体器件的发展重点逐渐从性能提升转向能源效率和可靠性改进。
新型器件的研究和开发不断涌现，如SiC（碳化硅）功率器件、GaN（氮化镓）功率器件等。
这些器件具有更低的开关损耗和更高的工作温度，具备更高的效率和更小的体积，被广泛应用于新能源、新能源汽车等领域。
总的来说，功率半导体器件在过去几十年中经历了从晶体管、二极管到MOSFET、SCR，再到IGBT、GTO和新材料器件的发展过程。
氮化镓(gan)和碳化硅(sic)芯片的生产工艺流程_概述说明
氮化镓(gan)和碳化硅(sic)芯片的生产工艺流程概述说明1. 引言1.1 概述本文将对氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）芯片的生产工艺流程进行概述说明。
GaN和SiC是两种具有广泛应用前景的半导体材料，它们在高频功率电子器件以及光电子器件等领域有着重要的地位。
了解它们的生产工艺流程对于促进半导体行业的发展具有重要意义。
1.2 文章结构本文包括以下几个部分：引言、氮化镓芯片生产工艺流程、碳化硅芯片生产工艺流程、对比分析与讨论、结论与展望。
首先，我们将从一个总体角度介绍氮化镓和碳化硅芯片的生产工艺。
然后，我们将分别详细探讨每个芯片类型的生产过程。
接下来，我们将进行对比分析，比较它们在物理性质、生产效率以及应用领域上存在的差异。
最后，在结论与展望中，我们将总结已有的研究成果，并对未来氮化镓和碳化硅芯片发展趋势进行展望。
1.3 目的本文的目的是全面介绍氮化镓和碳化硅芯片的生产工艺流程，并通过对比分析它们在不同方面的差异来探讨其应用领域。
通过了解这些信息，读者将能够更好地理解半导体行业发展现状，并对未来的技术趋势有所了解。
此外，本文还旨在为相关领域的研究工作者提供参考和启示，促进半导体材料和器件的创新与发展。
2. 氮化镓芯片生产工艺流程:2.1 材料准备:氮化镓芯片的制备过程需要首先准备高纯度的氮化镓基板材料。
常用的氮化镓基板有非晶硅、蓝宝石和硅carb。
2.2 外延生长:在外延生长工艺中，使用金属有机化合物气相沉积(MOCVD) 或分子束外延(MBE) 等技术，在镓基板上逐层沉积氮化镓薄膜。
这些技术通过将金属有机化合物或分子束引向加热的基板表面，使其发生反应并形成晶格匹配的氮化镓晶体。
2.3 制备晶圆:在这一步骤中，利用切割和抛光等工艺对外延生长得到的氮化镓薄膜进行处理，以制备成符合特定尺寸和规格要求的圆形晶圆。
常见工艺包括锯切、打磨和抛光等步骤，以提高晶圆表面的平整度。
以上是氮化镓芯片生产工艺流程中主要的三个环节。
GaN次接触层对SiC光导开关欧姆接触的改进研究
GaN次接触层对SiC光导开关欧姆接触的改进研究摘要：大功率SiC光导开关存在接触电阻过高、接触退化的问题。
为此，在接触金属与SiC基片之间增加一层n+-GaN次接触层，光导开关的导通电阻随之下降两个数量级，而光电流效率增加两个数量级。
关键词：SiC光导开关GaN 欧姆接触光导半导体开关（PCSS）是利用超快脉冲激光器照射光电半导体材料（Si，GaAs，InP等），形成导通的一种开关器件[1]，其工作原理是，激光能量激励半导体材料，产生电子-空穴对，使其电导率发生变化，改变开关的通断状态，产生电脉冲。
光导开关因为上升时间短、寄生电感小、传输功率高、重量轻、体积小等优点，广泛应用于超快瞬态电子学、超宽带通讯、超宽带雷达等领域。
光导开关的半导体材料有三种：1、Si[2]的暗电流较大，载流子寿命长，所以电脉冲宽度在ns级以上，且容易热击穿；2、GaAs、InP为代表的III-V 族化合物半导体[3]，载流子寿命短，电脉冲宽度缩短至ps级，GaAs 击穿电压高、电压转换效率高，而InP的触发抖动更小，输出电脉冲波形更平稳；3、SiC为代表的宽禁带半导体材料[4]，是非常理想的材料，近年来成为研究热点。
光导开关金属电极与半导体之间的接触电阻关系输出功率和开关寿命，而高温大功率工作环境会造成接触退化。
该文使用有机金属气相外延（OMVPE）在SiC基片表面制备一层重掺杂的n+-GaN次接触层，以改善欧姆接触。
1 实验制备的器件为横向结构，电极宽度为4?mm，设置不同电极间隙0.5、0.75、1.25和1.75?mm。
基片为掺钒的半绝缘6H-SiC晶片，晶面方向（0001），厚度0.5?mm。
基片先经过1600?℃的表面氢退火处理16?h，再浸入200?℃熔融态KOH中刻蚀3?min，然后浸入稀氢氟酸中浸泡12?h，最后使用丙酮、甲醇、去离子水清洗。
n+-GaN外延层采用OMVPE工艺沉积在基片表面，厚度100?nm，掺杂率6×1019。
三代半导体功率器件的特点与应用分析
三代半导体功率器件的特点与应用分析一、概览随着科技的飞速发展，半导体功率器件在各个领域得到了广泛的应用，尤其是三代半导体功率器件。
三代半导体功率器件是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等新型半导体材料为主要成分的功率器件。
相较于传统的硅基半导体功率器件，三代半导体功率器件具有更高的性能、更低的功耗和更高的可靠性，因此在新能源、智能电网、电动汽车等领域具有巨大的潜力和市场前景。
自20世纪80年代以来，随着半导体材料和工艺的不断进步，三代半导体功率器件逐渐成为研究热点。
从第一代的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)到第二代的双极型晶体管(BJT),再到第三代的功率半导体器件，如肖特基二极管(SBD)、金属有机半导体场效应晶体管(MOSFET)和碳化硅功率器件等，其性能和应用范围都在不断提高。
高性能：与传统硅基半导体功率器件相比，三代半导体功率器件具有更高的工作电压、更高的电流承载能力和更高的开关速度，能够实现更高的能效转换。
低功耗：由于其较低的导通电阻和较高的载流子迁移率，三代半导体功率器件具有较低的功耗，有利于提高系统的整体能效。
高可靠性：三代半导体功率器件具有较低的温升系数和较好的抗辐射性能，能够在恶劣环境下稳定工作，提高了系统的可靠性。
随着三代半导体功率器件性能的不断提升，其在各个领域的应用也日益广泛。
主要应用于新能源汽车、智能电网、太阳能发电、风力发电、储能系统等领域，为实现能源的高效利用和清洁能源的发展提供了有力支持。
此外随着5G通信技术的普及，三代半导体功率器件在无线充电、数据中心等新兴领域也展现出巨大的潜力。
1. 背景介绍随着科技的飞速发展，半导体技术在各个领域都取得了显著的成果。
特别是三代半导体功率器件，因其高效、节能、环保等特点，已经成为现代电力电子、通信、照明等领域的关键元件。
本文将对三代半导体功率器件的特点与应用进行深入分析，以期为相关领域的技术研究和产业发展提供参考。
半导体材料Si、SiC和GaN 优势及瓶颈分析
溺于刷“帅哥美女”。
今天我们再来聊聊这三兄弟~1.厚积薄发，应运而生作为半导体材料“霸主“的Si，其性能似乎已经发展到了一个极限，而此时以SiC和GaN为主的宽禁带半导体经过一段时间的积累也正在变得很普及。
所以，出现了以Si基器件为主导，SiC和GaN为”游击”形式存在的局面。
在Si之前，锗Ge是较早用于制造半导体器件的材料，随后Si以其取材广泛、易形成SiO2绝缘层、禁带宽度比Ge大的优势取代了Ge，成为主要的半导体材料。
随着电力电子技术的飞速发展，Si基半导体器件也在飞速发展，电流、电压等级越高，芯片越薄越小、导通压降越小、开关频率越高、损耗越小等等。
任何事物的发展，除了外在力的作用，自身特性也会限制发展，Si基半导体器件似乎已经到了”寸步难行”的地步。
而此时，以碳化硅SiC和氮化镓GaN 为主的新型半导体材料，也就是我们常说的第三代宽禁带半导体(WBG)”破土而出”，以其优越的性能突破的Si的瓶颈，同时也给半导体器件应用带来了显著的提升。
相对于Si，SiC和GaN有着以下几点优势：❶禁带宽度是Si的3倍左右，击穿场强约为Si的10倍；❷更高的耐压能力以及更低的导通压降；❸更快的开关速度和更低的开关损耗；❹更高的开关频率；❺更高的允许工作温度；❻SiC具有更高的热导率；根据上面的优势，第三代宽禁带半导体器件，能够达到更高的开关频率，提高系统效率，同时增大功率密度等，但是目前推动的最大推动力还得看成本！2. SiC&GaN目前，SiC和GaN半导体器件早已进入商业化，常见的SiC半导体器件是SiCDiode、JFET、MOSFET，GaN则以HEMT(高电子迁移率晶体管)为主。
2.1 SiC半导体器件不同类型的碳化硅器件结构和工艺难度都不一样，一般都是依据其工艺难度依次推出的。
可知，SiCDiode便是较早实现商业化碳化硅半导体器件，同时也是历经内部结构和外部封装优化最多的器件，自身耐压能力、抗浪涌能力和可靠性都得到了大大提高，是目前成熟的SiC半导体器件。
SiC和GaN是“下一代”还是“当代”？
SiC和GaN是“下一代”还是“当代”？SiC 企业不断增多，成本不断下降一文中，作者根津在开篇写道：下一代功率半导体已经不再特别。
这是因为，随着使用SiC 和GaN 等下一代功率半导体的大量发布，在学会和展会的舞台上，这种功率半导体逐渐带上了当代的色彩。
那么，在使用功率半导体的制造现场，情况又是如何呢?虽然使用SiC和GaN 的产品目前尚处开始增加的阶段，仍属于下一代，但在功率半导体使用者的心目中，此类产品已逐渐由下一代向当代转变。
不久前，笔者与一位很久未见的、多年来从事电源技术研发的朋友碰面，对方上来便说：耐压600V 的GaN 器件已经问世啦!因为这次碰面是为了其他事情，这句话实在出乎笔者预料。
这位技术人员表示，自从松下于2013 年3月开始、夏普于同年4 月开始供应样品之后，电源技术人员的开发热情高涨了起来。
虽然在这以前也有部分企业推出了实用产品，但随着供应商的增加，使用GaN 器件开发电源已成了手头的工作之一。
这位电源技术者说，自己将使用GaN 器件，开发开关频率提高近一位数的电源电路。
功率半导体的研讨会也盛况空前。
《日经电子》6 月28 日举办的下一代功率半导体的影响力研讨会座无虚席，在测量器厂商泰克(Tektronix)与安捷伦科技(Agilent Technologies)各自举办的活动(泰克为7 月2 日举办，安捷伦科技为7 月9～10 日举办)上，有关功率半导体评估方法的会议也迎来了大批听众。
在泰克的活动中，笔者参加了与电流和电压测量相关的会议，会议详细介绍了kV 级大电压的测量方式和要点，给笔者留下了深刻的印象。
在安捷伦科技的活动中，笔者参加了与下一代功率半导体的评估方法相关的会议，通过询问与会者的职务，笔者发现，约4 成与会者的工作都是功率半导体的使用者，。
功率半导体行业发展趋势
功率半导体行业发展趋势近年来，随着社会科技的不断发展，功率半导体行业也迎来了快速发展的机遇。
功率半导体是一种应用于高功率电力电子设备中的半导体材料，广泛应用于电力系统、电动车、光伏发电系统等领域。
随着清洁能源的普及和新能源汽车的快速发展，功率半导体行业有着广阔的市场空间。
下面将从技术、市场和政策等角度，对功率半导体行业的发展趋势进行分析。
首先，从技术角度看，功率半导体行业的发展趋势主要体现在以下几个方面：1.高功率和高集成度：随着电子设备的不断升级和发展，对功率半导体器件的功率和集成度要求也越来越高。
高功率能够提供更大的输出能力，而高集成度可以减少器件的体积和功耗。
未来的功率半导体器件将朝着更高功率和更高集成度的方向发展。
2.宽禁带和高温特性：功率半导体器件需要具备宽禁带和高温特性，以满足高功率输出和高温环境下的工作需求。
当前，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带材料正在逐渐成为主流，未来将继续应用于功率半导体行业，并且不断优化其性能。
3.封装技术的创新：封装技术是功率半导体器件中的重要环节，对器件的性能和可靠性有着重要影响。
未来的封装技术将继续创新，实现更高的散热效果、更好的电磁兼容性和更小的尺寸，以满足功率半导体器件的不断发展需求。
其次，从市场角度看，功率半导体行业的发展趋势主要体现在以下几个方面：1.新能源汽车市场的快速增长：随着环保意识的增强和新能源汽车政策的推动，新能源汽车市场正在快速发展。
功率半导体器件是新能源汽车的核心组成部分，未来随着新能源汽车市场的快速增长，功率半导体行业的市场规模也将持续扩大。
2.清洁能源市场的普及：随着清洁能源的普及和推广，光伏发电系统和风力发电系统等清洁能源设备的需求也在增加。
功率半导体器件在清洁能源设备中有着广泛的应用，未来随着清洁能源市场的进一步普及，功率半导体行业的市场前景将更加广阔。
3.5G通信网络的建设：5G通信网络的建设也在推动功率半导体行业的发展。
电力电子技术_基础知识
电力电子技术_基础知识一、内容简述本文将阐述电力电子技术的定义与发展历程，及其在现代能源系统中的地位和作用。
我们将让读者理解电力电子技术是如何通过半导体器件将电能从源头转换到最终用户的过程。
此外还将介绍电力电子技术在可再生能源、工业控制、交通运输等领域的应用及其发展趋势。
本节将介绍电力电子系统中的主要组成部分——电力电子转换器与变换器。
这些设备是电力电子技术中的核心部件，用于实现交流（AC）和直流（DC）之间的转换，电压和电流的控制以及调整。
本部分将介绍不同类型转换器的工作原理和特性，并探讨其在各种应用场景中的应用。
本节将详细介绍在电力电子系统中使用的半导体器件和功率模块。
包括二极管、晶体管（如IGBT）、场效应晶体管（MOSFET）等的基本工作原理及其在电力转换和控制中的应用。
此外还将探讨这些器件的性能参数、特点及其在高性能电力系统中的应用挑战。
本部分将介绍电力电子系统中的控制技术和调制策略，通过适当的控制方法，可以实现电力电子系统的稳定运行和精确控制。
本部分将讨论不同类型的控制方法（如PWM调制、空间矢量调制等）以及它们在电力电子系统中的应用和实现。
电力电子系统的安全和稳定运行至关重要，本部分将介绍在电力电子系统中使用的保护和故障诊断技术。
这些技术可以确保系统在异常情况下安全运行并避免损坏，本部分将探讨不同类型的保护措施（如过流保护、过电压保护等）以及现代故障诊断技术的应用和发展趋势。
1. 介绍电力电子技术的概念及其在现代社会的重要性电力电子技术是一种结合了电力工程与电子工程的理论和技术的跨学科领域。
它主要研究利用半导体器件进行电能转换、控制和优化的技术。
简单来说电力电子技术就是研究如何将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同设备和系统的需求。
这种技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，涉及到我们日常生活中的方方面面。
随着科技的快速发展，电力电子技术的重要性日益凸显。
在现代社会的各个领域，从工业制造、交通运输、通讯设备，到家庭生活、数据中心以及可再生能源系统，几乎无处不在都需要电力电子技术的支持。
GaN与Si器件在DC
Telecom Power Technology设计应用技术 2023年４月25日第40卷第８期· ４９ ·Telecom Power TechnologyＡｐｒ． ２５， ２０２３， Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．８ 高 莹：GaN 与Si 器件 在DC/DC 变换器中的性能分析云计算、人工智能、机器学习以及多用户游戏等先进计算应用对功率转换器的要求日益增高，而硅基功率转换器不能满足日益增长的功率需求。
因此，面向 48 V 功率转换应用，氮化镓器件也可提高其效率、缩小尺寸并降低系统成本。
未来，随着GaN 功率器件的技术不断突破，氮化镓功率电子器件的市场将由以下5大应用牵引：目前渗透率较大的（小型）电源设备、无线电源、渗透率中等的数据存储中心、未来有较大市场可能的新能源汽车以及（汽车）激光雷达等[2]。
2 DC/DC 变换器实验设计与验证2.1 拓扑选择与损耗分析实验基于LLC 电路作为DC/DC 变换器的主功率电路（如图1所示），并且与对比实验使用完全相同的控制器件与相关回路。
图1中，Q 1～Q 4为全桥LLC 电路的原边功率管，SR 1～SR 4为副边整流功率管，L r 、C r 为谐振器件[3]。
SR 3SR 4U OSR 1SR 2L rL mn∶1∶1C rQ 2Q 3Q 1U inQ 4图1 LLC 电路拓扑的主电路假设变换器的工作状态相同，仅有功率器件不同，可以忽略其他部分的损耗差异，则变换器的损耗差异主要包括导通损耗与开关损耗。
下面对功率器件损耗进行定性分析。
（1）导通损耗。
Q 1～Q 4、SR 1～SR 4在导通期间，流经功率器件的电流包含直流负载电流和纹波电流2部分内容，则损耗为 P =(I L +I acrms )R dson D （1）式中：D 为变换器的占空比；I L 为电感电流；I acrms 为纹波电流。
（2）开关损耗。
原始应用Si-MOSFET 功率器件的LLC 谐振变换，当开关频率与谐振频率相等，电路工作在谐振频率点时，可以消除功率器件的反向恢复损耗，即原边开关管工作在零电压开关（Zero Voltage Switch ，ZVS ）模式，同时整流电路因为工作在断续条件而实现零电流模式。
新能源汽车功率半导体第三代化合物半导体SiC及GaN应用分析报告
新能源汽车功率半导体第三代化合物半导体SiC及GaN应用分析SiC主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。
SiC器件相对于Si器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。
SiC适合高压领域，GaN更适用于低压及高频领域。
SiC是第三代半导体材料的代表。
以硅而言，目前SiMOSFET应用多在1000V以下，约在600~900V之间，若超过1000V，其芯片尺寸会很大，切换损耗、寄生电容也会上升。
SiC器件相对于Si器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。
SiC 功率器件的损耗是Si器件的50%左右。
SiC主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。
SiC的开关损耗数据来源：公开资料整理英飞凌和科锐占据了全球SiC市场的70%。
罗姆公司在本田的Clarity上搭载了SiC 功率器件，Clarity是世界首次用FullSiC驱动的燃料电动车，由于具有高温下动作和低损耗等特点，可以缩小用于冷却的散热片，扩大内部空间。
2017年全球SiC功率半导体市场总额达3.99亿美元。
预计到2023年市场总额将达16.44亿美元，年复合增长率26.6%。
从应用来看，混合动力和纯电动汽车的增长率最高，达81.4%。
从产品来看，SiCJFETs的增长率最高，达38.9%。
其次为全SiC功率模块，增长率达31.7%。
政策支持力度大幅提升，推动第三代半导体产业弯道超车。
国家和各地方政府持续推出政策和产业扶持基金支持第三代半导体发展。
2018年7月国内首个《第三代半导体电力电子技术路线图》正式发布，提出了中国第三代半导体电力电子技术的发展路径及产业建设。
福建省更是投入500亿，成立专门的安芯基金来建设第三代半导体产业集群。
GaN应用场景增多，迎来发展机遇。
由于GaN的禁带宽度较大，利用GaN可以获得更大带宽、更大放大器增益、尺寸更小的半导体器件。
GaN。
器件可以分为射频器件和电力电子器件。
SIC与GAN的发展中存在的问题
SiC和GaN功率器件发展中存在的问题近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。
随着SiC和GaN外延材料和器件制造工艺技术取得重大进展，各种SiC和GaN功率器件的研究和开发蓬勃开展起来。
尽管SiC和GaN功率器件取得了令人鼓舞的进展，已经有了许多实验室产品，而且部分产品已经进入市场，但是SiC和GaN产品的大规模应用还需做大量工作。
1 SiC功率器件发展中存在的问题在商业化市场方面：(1)昂贵的SiC单晶材料。
由于Cree公司技术性垄断，一片高质量的4英寸SiC单晶片的售价约5000美元，然而相应的4英寸Si片售价仅为7美元。
如此昂贵的SiC单晶片已经严重阻碍了SiC器件的发展。
(2)Cree公司的技术垄断。
由于Cree公司在世界各国申请了许多专利，严重制约了其他公司在SiC领域的发展。
在技术方面：(1)SiC单晶材料虽然在导致SiC功率半导体性能和可靠性下降的致命缺陷微管密度降低和消除方面近年来取得很大进展，但位错缺陷等其他缺陷对元件特性造成的影响仍未解决。
(2)SiC器件可靠性问题。
SiC MOSFET器件目前存在两个主要技术难点没有完全突破：低反型层沟道迁移率和高温、高电场下栅氧可靠性。
与Si MOSFET相比，体现不出SiC MOSFET 的优势。
(3)高温大功率SiC器件封装问题。
2 GaN功率器件发展中存在的问题在商业化市场方面：GaN单晶生长技术还不成熟，在一定程度上阻碍了GaN功率器件的广泛应用。
由于受其外延片结构的限制，使得基于硅基的GaN功率器件击穿电压多低于1200 V，从而限制了GaN 功率器件在更高工作电压领域内的应用。
蓝宝石衬底的GaN功率器件由于衬底低的热传导系数而限制了在大功率方面的应用。
相对昂贵的SiC单晶片同样会阻碍基于SiC衬底的GaN功率器件的广泛应用。
GaN功率器件在技术方面，同样存在着诸多挑战。
宽禁带功率半导体器件技术
宽禁带功率半导体器件技术随着微电子技术的发展，传统Si和GaAs半导体器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。
而以碳化硅(SiC)氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，由于具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点，成为制作大功率、高频、高温及抗辐照电子器件的理想替代材料。
目前，SiC单晶生长技术和GaN异质结外延技术的不断成熟，宽禁带半导体功率器件的研制和应用在近年来得到迅速发展。
在美国国防先进研究计划局的宽禁带半导体技术计划WBGSTI、欧洲ESCAPEE和日本NEDO等多项研究计划的启动和推动下，SiC~GaN等宽禁带半导体材料和器件的研制获得了飞速的发展，国际上多家半导体厂商相继推出高功率、高频、高温的宽禁带半导体产品，其应用领域正不断扩展。
下面就SiC~nGaN器件在功率半导体技术领域的发展现状和发展挑战分别予以论述。
1 SiC功率半导体器件技术发展现状1.1 SiC电力电子器件SiC电力电子器件主要包括功率整流器(SBD、PiN和JBS等)、单极型功率晶体管(MOSFET、JFET ~HSIT等)和双极型载流子功率晶体管(BJT、IGBT~HGTO)等。
目前，SiC SBD已经市场化，美国Cree、德国Infineon以及Microsemi等公司都有SiC SBD产品系列，其主要应用领域是开关模式电源(SMPS)的有源功率因数校正(CCM PFC)和太阳能逆变器与电机驱动器等AC／DC和DC／DC电源转换应用。
SiC SBD的出现将SBD 的应用范围从250 V提高到了1200 V。
同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。
在3 kV以上的整流器应用领域，SiC PiN和SiC JBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。
在3英寸N型4H—SiC晶圆上，Cree公司10kV／20APiN二极管系列的合格率已经达~Ij40％，10 kV／20 A的SiC JBS的合格率也达到37％，10 kV／5 A SiC JBS的合格率超过40％。
《SiCGaN功率半导体封装和可靠性评估技术》随笔
《SiCGaN功率半导体封装和可靠性评估技术》阅读记录目录一、内容概要 (1)二、SiCGaN功率半导体封装技术 (2)1. SiCGaN材料的基本性质 (3)2. 封装技术的关键因素分析 (4)3. 常见的SiCGaN功率半导体封装结构 (5)三、SiCGaN功率半导体封装工艺 (6)1. 材料选择与制备工艺 (7)2. 焊接工艺技术 (9)3. 密封工艺技术 (10)4. 防腐工艺技术 (12)四、SiCGaN功率半导体可靠性评估技术 (13)1. 可靠性评估指标体系建立 (15)2. 可靠性测试方法与标准 (16)3. 影响因素分析与改进措施 (17)五、案例分析 (19)六、未来展望 (20)七、总结 (21)一、内容概要引言：简要介绍SiCGaN功率半导体的重要性，以及封装和可靠性评估技术在提高器件性能和使用寿命方面的关键作用。
基本概念：阐述SiCGaN功率半导体的基础知识，包括材料特性、器件结构等。
封装技术：详细介绍SiCGaN功率半导体的封装过程，包括封装材料、封装工艺、封装结构等，并探讨不同封装技术对器件性能的影响。
可靠性评估方法：阐述SiCGaN功率半导体可靠性评估的重要性，介绍常用的可靠性评估方法，如电学性能测试、热学性能测试、机械性能测试等，并分析各种方法的优缺点。
可靠性影响因素：探讨影响SiCGaN功率半导体可靠性的因素，如温度、湿度、电压波动等外部环境因素，以及材料缺陷、工艺误差等内部因素。
案例分析：通过实际案例，分析SiCGaN功率半导体在封装和可靠性评估过程中遇到的问题及解决方案。
发展趋势：展望SiCGaN功率半导体封装和可靠性评估技术的发展趋势，包括新材料、新工艺、新方法等。
总结全书内容，强调封装和可靠性评估技术在SiCGaN功率半导体领域的重要性，以及对未来技术发展的期待。
二、SiCGaN功率半导体封装技术随着电力电子技术的不断发展，高功率、高频、高温等领域对半导体器件的需求不断增加。
碳化硅基氮化镓与硅基氮化镓在射频领域的应用-概述说明以及解释
碳化硅基氮化镓与硅基氮化镓在射频领域的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:碳化硅基氮化镓与硅基氮化镓是当前射频领域中备受关注的两种材料。
碳化硅基氮化镓具有优异的热特性和耐高温性能，适用于高功率射频器件的制造。
而硅基氮化镓具有较好的绝缘性能和低损耗特性，适用于低功率射频器件的制造。
本文将重点介绍这两种材料的特性，并探讨它们在射频领域中的应用。
通过对比分析，希望能够为射频器件的设计和制造提供参考，促进射频技术的发展与进步。
1.2 文章结构文章结构部分内容如下：本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对碳化硅基氮化镓和硅基氮化镓进行简要概述，并介绍本文的结构。
在正文部分，我们将分别介绍碳化硅基氮化镓和硅基氮化镓的特性，以及它们在射频领域中的应用。
最后，在结论部分，我们将总结碳化硅基氮化镓与硅基氮化镓的优势，展望未来发展方向，并给出最终的结论。
整个文章将深入探讨这两种材料在射频领域的应用，并为相关领域的研究提供参考和启发。
1.3 目的目的：本文旨在对碳化硅基氮化镓（SiC-GaN）与硅基氮化镓（Si-GaN）在射频领域的特性和应用进行深入探讨和比较分析。
通过对两种材料的性能特点和应用优势进行对比，探讨它们在射频领域的适用性和潜在发展前景。
通过本文的研究，旨在为射频领域的工程师和研究人员提供参考和借鉴，促进碳化硅基氮化镓与硅基氮化镓在射频领域的更广泛应用和发展。
2.正文2.1 碳化硅基氮化镓的特性：碳化硅基氮化镓是一种新型半导体材料，具有一系列优良的物理特性，使其在射频领域中得到广泛的应用。
首先，碳化硅基氮化镓具有较高的热稳定性和功率容限，能够承受较高的工作温度和功率密度，适合在高温环境下进行射频器件的工作。
其次，碳化硅基氮化镓具有较高的电子迁移率和截止频率，能够实现高速的电子传输和更高的微波频率响应，使其在高频射频电路和器件中发挥着重要作用。
此外，碳化硅基氮化镓具有良好的载流子迁移特性和较高的击穿场强，能够实现低损耗的功耗和较高的工作频率。
半导体技术如何推动新能源发展
半导体技术如何推动新能源发展在当今能源转型的大背景下，新能源的发展日新月异，而半导体技术在其中扮演着至关重要的角色。
从太阳能的高效转化到电动汽车的动力控制，从能源存储的优化到智能电网的构建，半导体技术的不断创新和应用正为新能源领域带来前所未有的机遇和突破。
半导体技术在太阳能领域的应用是其推动新能源发展的一个重要方面。
太阳能电池是将太阳能转化为电能的关键设备，而半导体材料则是太阳能电池的核心。
传统的硅基太阳能电池在过去几十年中取得了显著的进步，其效率不断提高。
通过优化半导体的晶体结构、掺杂工艺以及表面处理等技术手段，能够减少电子和空穴的复合，提高光生电流和电压，从而实现更高的能量转换效率。
同时，新型的半导体材料如钙钛矿等也展现出了巨大的潜力。
钙钛矿太阳能电池具有成本低、制备工艺简单以及效率提升快等优点。
研究人员通过对钙钛矿材料的成分调控、晶体生长控制以及界面工程等方面的研究，正在逐步解决其稳定性和大面积制备等难题，有望在未来实现大规模应用，进一步降低太阳能发电的成本。
在电动汽车领域，半导体技术同样发挥着关键作用。
电动汽车的核心部件之一是电动驱动系统，其中的功率半导体器件如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）负责电能的转换和控制。
高效的功率半导体器件能够降低能量损耗，提高电动汽车的续航里程和性能。
随着技术的不断发展，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料逐渐在电动汽车中得到应用。
与传统的硅基器件相比，宽禁带半导体具有更高的击穿电场强度、更高的热导率和更低的导通电阻。
这意味着它们能够在更高的电压和温度下工作，从而减小系统体积、降低重量，并提高能量转换效率。
例如，采用 SiC 器件的电动汽车逆变器能够显著提高系统效率，减少散热需求，为电动汽车的轻量化和长续航提供了有力支持。
能源存储是新能源发展的另一个关键环节，而半导体技术在电池管理系统中不可或缺。
电池管理系统负责监测电池的状态，如电压、电流、温度和剩余电量等，并对电池的充放电过程进行控制，以确保电池的安全和性能。
碳化硅和氮化硅的物理学和应用
碳化硅和氮化硅的物理学和应用摘要碳化硅（SiC）和氮化硅（GaN）是两种重要的半导体材料，具有许多优异的物理和化学特性。
在本文中，我们将讨论它们的物理学和应用。
我们将首先介绍它们的基本结构和特性，然后讨论它们在电子、光电、能源和生物医学领域的应用。
我们将重点讨论它们的优点、挑战和未来发展方向。
引言碳化硅和氮化硅是两种广泛应用的半导体材料。
它们具有优异的物理和化学特性，如高热导率、高击穿场强、高电子迁移率、宽带隙和高硬度等。
它们的物理性质可以根据晶体结构、晶体缺陷和表面形貌等因素进行调控，从而满足不同应用需求。
本文将对碳化硅和氮化硅的物理学和应用进行介绍和讨论。
碳化硅2.1 基本结构碳化硅是一种化合物半导体，由硅和碳元素组成。
它的晶体结构有两种常见的形式：立方晶系（3C-SiC）和六方晶系（6H-SiC和4H-SiC）。
其中，4H-SiC和6H-SiC是最常用的两种多晶形式，具有层状结构和非常优良的电学性能。
4H-SiC和6H-SiC的晶体结构如图1所示。
图1. 4H-SiC和6H-SiC的晶体结构。
2.2 物理特性碳化硅具有一系列优异的物理特性，如高硬度、高热导率、高击穿场强和高电子迁移率等。
这些特性使其在电子、光电、能源和生物医学等领域得到广泛应用。
2.2.1 电学性能碳化硅具有宽带隙（约3.2 eV），因此可以在高温和高电场下工作。
同时，碳化硅的电子迁移率比硅高3倍以上，使得其在高频和高功率应用中具有较好的性能。
此外，碳化硅的击穿场强比硅高10倍以上，使其在高电压应用中具有较好的可靠性和稳定性。
2.2.2 光学性能碳化硅的宽带隙使其具有优异的光学性能，可以在紫外光至红外光谱范围内工作。
其高透过率、低损耗和高辐射抗性等特性使得碳化硅在高功率激光器、紫外光电探测器和太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.2.3 热学性能碳化硅的热导率比硅高4倍以上，可以在高温下快速散热。
同时，碳化硅的热膨胀系数低，可以减小温度变化对器件的影响。
硅基世界的舞蹈-芯片战争：世界最关键技术的争夺战 读后感
CHIP WAR：The Fight for the World’s Most Critical Technology “芯片战争：世界最关键技术的争夺战”读后感——硅基世界的共舞当我翻开《CHIP WAR: The Fight for the World’s Most Critical Technology》这本书的时候，我仿佛看到了一场硅基的舞蹈，舞者们在全球舞台上，以他们的技术、智慧和决心，各展身手，激烈竞争。
他们的舞台，便是这个由半导体技术驱动的世界。
作为中国的一份子，我在阅读这本书的过程中，不禁深感震撼。
这场由各大科技强国参与的战争，恰如作者所描绘的那般，威力巨大，影响深远。
在这场战争中，中国并非旁观者，而是参与者，也是竞争者。
我想起了中国在半导体产业的旅程。
在过去的几十年里，中国从一个半导体技术的跟随者，成长为了一名重要的参与者。
中国在这个产业中，既有着自己的优势，比如庞大的市场、丰富的人才资源，也面临着挑战，比如技术瓶颈、全球供应链的复杂性以及各国施加的枷锁。
然而，中国并未因此而止步，反而以此为动力，加快了自身的半导体技术研发和产业化的步伐。
这本书让大家看到了中国在全球半导体产业中的位置和角色，但更重要的是，它让我看到了中国未来的可能性。
在这个全球化的世界中，中国有着自己的机会，也有着自己的责任。
中国需要在这场全球科技竞争中，找到自己的道路，塑造自己的未来。
我深信，中国在半导体产业的发展，不仅会推动中国科技的进步，也会对全球科技的发展产生深远影响。
就如同这场硅基的舞蹈，每一个舞者的动作，都会影响到整个舞台。
在阅读这本书的过程中，我仿佛听到了一种呼唤，那是来自未来的呼唤，也是来自全球科技竞争的呼唤。
这场战争需要我们每一个人的参与，我们需要用我们的技术、智慧和决心，来影响这个世界，来改变这个世界。
我感到一种振奋和挑战。
我相信，中国在这场全球最重要的科技战争中，将不仅仅是一名观众，也不仅仅是一名舞者，而是一名引领者，一名创新者。
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功率半导体的革命：SiC与GaN的共舞
功率半导体多被用于转换器及逆变器等电力转换器进行电力控制。
目前，功率半导体材料正迎来材料更新换代，这些新材料就是SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓），二者的物理特性均优于现在使用的Si（硅），作为节能王牌受到了电力公司、汽车厂商和电子厂商等的极大期待。
将Si换成GaN或SiC等化合物半导体，可大幅提高产品效率并缩小尺寸，这是Si功率半导体元件（以下简称功率元件）无法实现的。
目前，很多领域都将Si二极管、MOSFET及IGBT（绝缘栅双极晶体管）等晶体管用作功率元件，比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。
这些领域利用的功率元件的材料也许不久就将被GaN和SiC所替代。
例如，SiC已开始用于铁路车辆用马达的逆变器装置以及空调等。
电能损失可降低50％以上
利用以GaN和SiC为材料的功率元件之所以能降低电能损失，是因为可以降低导通时的损失和开关损失。
比如，逆变器采用二极管和晶体管作为功率元件，仅将二极管材料由Si换成SiC，逆变器的电能损失就可以降低15～30％左右，如果晶体管材料也换成SiC，则电能损失可降低一半以上。
有助于产品实现小型化
电能损失降低，发热量就会相应减少，因此可实现电力转换器的小型化。
利用GaN和SiC 制作的功率元件具备两个能使电力转换器实现小型化的特性：可进行高速开关动作和耐热性较高。
GaN和SiC功率元件能以Si功率元件数倍的速度进行开关。
开关频率越高，电感器等构成电力转换器的部件就越容易实现小型化。
耐热性方面，Si功率元件在200℃就达到了极限，而GaN和SiC功率元件均能在温度更高的环境下工作，这样就可以缩小或者省去电力转换器的冷却机构。
这些优点源于GaN和SiC具备的物理特性。
与Si相比，二者均具备击穿电压高、带隙宽、。