碳化硅肖特基 碳化硅肖特基二极管 碳化硅肖特基二极管厂 佳讯供
碳化硅材料的发展和优势
碳化硅早在 1842 年就被发现了,但因其制备时的工艺难度大,并且器件的成品率低,导致了价格较高,这影响了它的应用。直到 1955 年,生长高品质碳化硅的方法出现促进了 SiC 材料的发展,在航天、航空、雷达和核能开发的领域得到应用。1987 年,商业化生产的 SiC 进入市场,并应用于石油地热的勘探、变频空调的开发、平板电视的应用以及太阳能变换的领域。
碳化硅材料有很多优点,如禁带宽度很大、临界击穿场强很高、热导率很大、饱和电子漂移速度很高和介电常数很低如表 1-1。首先大的禁带宽度,如 4H-SiC其禁带宽度为 3.26 eV,是硅材料禁带宽度的三倍多,这使得器件能耐高温并且能发射蓝光;高的临界击穿场强,碳化硅的临界击穿场强 (2-4 MV/cm)很高,4H-SiC的临界击穿场强为 2.2 MV/cm,这要高出 Si 和 GaAs 一个数量级,所以碳化硅器件能够承受高的电压和大的功率;大的热导率,热导率是 Si 的 3.3 倍和 GaAs 的10 倍,热导率大,器件的导热性能就好,集成电路的集成度就可以提高,但散热系统却减少了,进而整机的体积也大大减小了;高的饱和电子漂移速度和低的介电常数能够允许器件工作在高频、高速下。
但是值得注意的是碳化硅具有闪锌矿和纤锌矿结构,结构中每个原子都被四个异种原子包围,虽然 Si-C 原子结合为共价键,但硅原子 1.8 的负电性小于负电性为 2.6 的 C 原子,根据 Pauling 公式,离子键合作用贡献约占 12%,从而对载流子迁移率有一定的影响,据目前已发表的数据,各种碳化硅同素异形体中,轻掺杂的 3C-SiC 的载流子迁移率相当高,与之相关的研究工作也较多,在较高纯的 3C-SiC 中,其电子迁移率可能会超过 1000 cm/(V.s),相当高的跟硅也有一定的差距。
与 Si 和 GaAs 相比,除个别参数外(迁移率),SiC 材料的电热学品质优于 Si 和 GaAs 等材料,仅次于金刚石。因此碳化硅器件在高频、大功率、耐高温、抗辐射等方面具有巨大的应用潜力,它可以在电力电子技术领域打破硅的极限,成为下一代电力电子器件。
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