??碳化硅二極管的特點(diǎn)及應(yīng)用
碳化硅早在1842年就被發(fā)現(xiàn)了，但因其制備時(shí)的工藝難度大，并且器件的成品率低，導(dǎo)致了價(jià)格較高，這影響了它的應(yīng)用。
碳化硅材料有很多優(yōu)點(diǎn)，如禁帶寬度很大、臨界擊穿場強(qiáng)很高、熱導(dǎo)率很大、飽和電子漂移速度很高和介電常數(shù)很低。首先大的禁帶寬度，如4H-SiC其禁帶寬度為3.26 eV，是硅材料禁帶寬度的三倍多，這使得器件能耐高溫并且能發(fā)射藍(lán)光；高的臨界擊穿場強(qiáng)，碳化硅的臨界擊穿場強(qiáng)(2-4 MV/cm)很高，4H-SiC的臨界擊穿場強(qiáng)為2.2 MV/cm，這要高出Si和GaAs一個(gè)數(shù)量級，所以碳化硅器件能夠承受高的電壓和大的功率；大的熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率是Si的3.3倍和GaAs的10倍，熱導(dǎo)率大，器件的導(dǎo)熱性能就好，集成電路的集成度就可以提高，但散熱系統(tǒng)卻減少了，進(jìn)而整機(jī)的體積也大大減小了；高的飽和電子漂移速度和低的介電常數(shù)能夠允許器件工作在高頻、高速下。但是值得注意的是碳化硅具有閃鋅礦和纖鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中每個(gè)原子都被四個(gè)異種原子包圍，雖然Si-C原子結(jié)合為共價(jià)鍵，但硅原子1.8的負(fù)電性小于負(fù)電性為2.6的C原子，根據(jù)Pauling公式，離子鍵合作用貢獻(xiàn)約占12%，從而對載流子遷移率有一定的影響，據(jù)目前已發(fā)表的數(shù)據(jù)，各種碳化硅同素異形體中，輕摻雜的 3C-SiC的載流子遷移率最高，與之相關(guān)的研究工作也較多，在較高純的3C-SiC中，其電子遷移率可能會超過1000cm/(V.s)，最高的跟硅也有一定的差距。
硅材料存在如下缺點(diǎn)：①電氣性能方面，隨著電力變換的損失大，耐壓降低；②學(xué)物理性能方面，不能在高溫下工作。在電力領(lǐng)域的應(yīng)用上受到限制。因此，近年來，性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過Si材料，具有優(yōu)異的物理、電氣性能的碳化硅(Sic)材料引起人們關(guān)注。
1999年，關(guān)西電力公司與CREE公司通過減少SIC片晶體缺陷及提高外延膜的質(zhì)量，開發(fā)高可靠性接合終端技術(shù)，在世界上率先開發(fā)成功6.2kV的SIC二極管，然后，以實(shí)際應(yīng)用于電力方面為目標(biāo)進(jìn)行了研究。
主要改進(jìn)方面:
(1)減少晶體缺陷，増大外延膜厚度，降低摻雜物濃度，改進(jìn)電極成形條件；
(2)開發(fā)低導(dǎo)通電壓、高耐壓元件結(jié)構(gòu)、改進(jìn)表面保護(hù)膜，開發(fā)高耐壓高溫安裝技術(shù)，其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)下述電力變換設(shè)備的小型化、高效率化。
(a)由于提高負(fù)荷電壓(6.2kv-12.3 kv)可減少電力變換器的結(jié)構(gòu)元件數(shù)(約為SI二極管50%)；
(b)由于維持高溫下的特性(約150℃~約300℃)，可以簡化冷卻裝置(水冷式→空氣冷卻式)；
(c)由于降低漏泄電流(10μA)，降低導(dǎo)通電壓(在100A/cm2電流下為4.9V，約為Si的1/3)，縮短電壓恢復(fù)時(shí)間(在100A/cm2電流下其恢復(fù)時(shí)間約20ns，相當(dāng)于Si的1/ 10左右)，可以降低通電時(shí)交直流切換的電力損失(電力損失約為Si二極管的1/5以下}。
可以預(yù)計(jì)該二極管應(yīng)用前景看好：
1. 提高供電可靠性
通過應(yīng)用于BTB(交直變換裝置)等電力公司間交換電力的系統(tǒng)連接裝置，以及SVG(無功功率發(fā)生裝置)等系統(tǒng)穩(wěn)定化裝置。使超高壓輸電線由于事故等引起的頻率變動影響抑制在最小范圍內(nèi)，可維持高質(zhì)量供電。
2. 與分散型電源的聯(lián)系
可應(yīng)用于大型蓄電池(燃料電池、小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電)等的聯(lián)系用逆變器裝置。
3. 其它方面的應(yīng)用
該二極管可望有效應(yīng)用于磁懸浮列車及電動汽車用逆變器，X射線源等各種高耐壓電源及
CRT顯示器的驅(qū)動裝置、電視及移動通信用電波發(fā)射裝置。
上一篇：一種終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高壓大功率快恢復(fù)二極管
下一篇：二極管的伏安特性及其主要技術(shù)參數(shù)